[发明专利]小半球结构太赫兹双功能器件及其方法

说明书

本发明公开了一种小半球结构太赫兹双功能器件及其方法。该器件包括太赫兹波输入端、激光输入端、N×N个正方形单元结构，N为自然数，N×N个正方形单元结构周期排列在与太赫兹波输入方向垂直的平面上；单元结构包括衬底金属板、小半球体介质层和附着于介质层上的双层混合材料圆环；其中，小半球体介质层位于衬底金属板上方。本发明的小半球结构太赫兹双功能器件具有制作方便、方便调节、吸收、交叉极化转换率带宽大、多功能等特点，满足太赫兹波系统的应用要求。

技术领域

本发明涉及太赫兹多功能器件，尤其涉及一种小半球结构太赫兹双功能器件及其方法。

背景技术

太赫兹泛指频率在0.1～10THz范围内的电磁波，其频率位于红外与微波之间，是宏观电子学与微观光子学的过渡区。由于太赫兹波介于电磁领域与量子领域之间，其在电磁波谱中的地位十分特殊。这也使它成为了一种国际公认的前沿技术。太赫兹波具有高透性、低能性、指纹谱性、频带宽、波长短、吸水性强等特点，这些性质使太赫兹波的实际应用非常广泛，如医学诊断、通信、成像、空间天文学、安检等。受限于太赫兹波产生和检测方法的缺失，以往人们对太赫兹波段电磁辐射性质所知甚少。随着相应技术的产生与突破，太赫兹波凭借其独特的优势引起研究者的深入关注。现如今，太赫兹科学技术已成为科技发展的一条必经之路。

近年来，太赫兹器件已具备多种功能，如吸收、滤波、开关、极化转换等。

这些太赫兹功能器件在太赫兹雷达、太赫兹通信、太赫兹波成像等太赫兹波应用领域都展示出了广阔的应用前景。然而现有的太赫兹功能器件往往结构复杂、功能单一，制作成本较高，不仅对加工工艺与加工环境有严苛的需求，而且难以满足实际应用的需要。因此迫切需要研究出一种结构简单、多功能可切换的太赫兹器件来满足太赫兹系统的应用需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，并提供一种小半球结构太赫兹双功能器件及其方法，其吸收带宽达为6.04THz，交叉极化转换率带宽为3.33THz。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种小半球结构太赫兹双功能器件，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包括衬底金属板、小半球体介质层以及贴附于小半球体介质层上的下层圆环和上层圆环；所述小半球体介质层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，小半球体介质层的底面置于正方形的衬底金属板上；

所述下层圆环和上层圆环为两个内表面紧贴于小半球体介质层上的圆环，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，下方两个平面之间形成下层圆环；

所述下层圆环被第一长方体和第二长方体切割成一段第一下层环片、一段第三下层环片与两段第二下层环片，两段第二下层环片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；

所述上层圆环被第三长方体和第四长方体切割成一段第一上层环片、一段第三上层环片与两段第二上层环片，两段第二上层环片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，四个长方体宽度方向的一个侧面重叠于同一个平面内，且衬底金属板的中心垂线位于四个长方体的重叠面中，第一下层环片和第一上层环片均位于该重叠面的一侧，第三下层环片和第三上层环片均位于该重叠面的另一侧，正方形周期单元结构以衬底金属板的一条对角线所在的垂直面为中心呈镜像对称结构。

作为优选，所述的小半球体介质层中，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。

进一步的，所述的小半球体介质层材料为二氧化硅。