[发明专利]小半球结构太赫兹双功能器件及其方法

权利要求书

1.一种小半球结构太赫兹双功能器件，其特征在于，它包括N×N个正方形周期单元结构，N为自然数；N×N个正方形周期单元结构（1）排列在与太赫兹波输入方向垂直的平面上；每个正方形周期单元结构（1）包括衬底金属板（7）、小半球体介质层（4）以及贴附于小半球体介质层（4）上的下层圆环（5）和上层圆环（6）；所述小半球体介质层（4）的形状为半球体被一个与底面平行的平面截掉一段高度后得到的球缺，小半球体介质层（4）的底面置于正方形的衬底金属板（7）上；

所述下层圆环（5）和上层圆环（6）为两个内表面紧贴于小半球体介质层（4）上的圆环，由三个平行平面对一个空心半球壳进行切割后得到，上方两个平面之间形成上层圆环（6），下方两个平面之间形成下层圆环（5）；

所述下层圆环（5）被第一长方体和第二长方体切割成一段第一下层环片（8）、一段第三下层环片（10）与两段第二下层环片（9），两段第二下层环片（9）均位于第一长方体和第二长方体之外，四段下层环片头尾相接连续拼接；

所述上层圆环（6）被第三长方体和第四长方体切割成一段第一上层环片（11）、一段第三上层环片（13）与两段第二上层环片（12），两段第二上层环片（12）均位于第三长方体和第四长方体之外，四段上层环片头尾相接连续拼接；

其中第一长方体、第二长方体、第三长方体和第四长方体的长轴线均垂直于衬底金属板（7），四个长方体宽度方向的一个侧面重叠于同一个平面内，且衬底金属板（7）的中心垂线位于四个长方体的重叠面中，第一下层环片（8）和第一上层环片（11）均位于该重叠面的一侧，第三下层环片（10）和第三上层环片（13）均位于该重叠面的另一侧，正方形周期单元结构（1）以衬底金属板（7）的一条对角线所在的垂直面为中心呈镜像对称结构。

2.如权利要求1所述的小半球结构太赫兹双功能器件，其特征在于，所述的小半球体介质层（4）中，所述球缺由半径为9μm ~10μm的半球体截掉0.2μm ~0.8μm高度后得到。

3.如权利要求2所述的小半球结构太赫兹双功能器件，其特征在于，所述的小半球体介质层（4）材料为二氧化硅。

4.如权利要求3所述的小半球结构太赫兹双功能器件，其特征在于，所述下层圆环（5）的上表面外半径为4.8μm ~5.2μm，下表面外半径为7.2μm ~7.6μm，球径方向厚度为0.4μm ~0.6μm，切割形成第一下层环片（8）的第一长方体宽度为3μm ~7μm ，切割形成第三下层环片（10）的第二长方体宽度为10μm ~15μm。

5.如权利要求4所述的小半球结构太赫兹双功能器件，其特征在于，所述下层圆环（5）中，第一下层环片（8）和第三下层环片（10）的材料为光导硅，第二下层环片（9）的材料为金。

6.如权利要求5所述的小半球结构太赫兹双功能器件，其特征在于，所述上层圆环（6）的上表面外半径为7.2μm ~7.6μm，下表面外半径为8.2μm ~8.6μm，球径方向厚度为0.4μm ~0.6μm，切割形成第一上层环片（11）的第三长方体宽度为10μm ~15μm，切割形成第三上层环片（13）的第四长方体宽度为3μm ~7μm。

7.如权利要求6所述的小半球结构太赫兹双功能器件，其特征在于，所述上层圆环（6）中，第一上层环片（11）和第三上层环片（13）的材料为金，第二上层环片（12）的材料为光导硅。

8.如权利要求7所述的小半球结构太赫兹双功能器件，其特征在于，所述的衬底金属板（4）为金，边长为20µm~22μm，厚度为1μm ~2μm。

9.一种如权利要求1所述小半球结构太赫兹双功能器件的调控方法，其特征在于，通过调节外加激光的强度来改变下层圆环（5）和上层圆环（6）中光导硅的电导率，实现吸收偏振转换可调可切换功能。

10.如权利要求9所述的调控方法，其特征在于，当太赫兹波从太赫兹波输入端（2 ）输入时，在下层圆环（5）与上层圆环（6）有外加激光条件下，该器件获得3.96THz~10THz范围内吸收率超过90%的6.04THz带宽；在无外加激光条件下，该器件获得3.88~7.21 THz范围内交叉极化转换率超过90%的3.33THz带宽，且在4.02~4.97 THz与6.07~7.03 THz范围内交叉极化转换率超过99%，带宽合计为1.91 THz；当改变太赫兹波的入射角度在0°~50°范围内调节时，该器件保持90%以上的吸收率与交叉极化转换率；下层圆环（5）和上层圆环（6）的外加激光强度改变过程中，该器件的具有18% ~94%范围内的吸收率可变性与1%~99%范围内的交叉极化转换率可变性。