一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，其主要结构包括最底层的金属反射板，所述金属反射板上方设有介质基板，所述介质基板上设有固态等离子体谐振单元。本实用新型专利技术使用固态等离子体作为谐振单元的材料，固态等离子体谐振单元有两种工作状态，激励状态和未激励状态，通过加载偏置电压进行激励来控制固态等离子体的激励与未激励状态，从而实现该吸波器在THz波段的宽带可调谐。该吸波器工作在所有等离子体谐振单元均被激励时具有最好的吸收效果，吸收频率范围为7.98‑15.37 THz，相对带宽为63.3%。该吸波器具有设计灵活、极化不敏感、应用范围广、功能性强等特点。

A Tunable Tooth-Shaped Ultra-Wideband THz Absorber Based on Coplanar Structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器
本技术涉及一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，属于无线电通信、THz器件领域。
技术介绍
超材料是一种具备超常物理特性，如负介电常数、负磁导率等的人工复合结构或复合材料，而且超材料的尺寸远远小于它的工作波长。最初，因为电磁波在超材料中传播时，不像传统材料满足右手螺旋法则，而是满足左手螺旋法则，因而被称为左手材料。随着研究的不断推进，人们发现，由于左手材料具有特殊的物理特性，因而具有更广泛的应用前景，引发了国内外学者的广泛关注和研究。吸波结构是指能够吸收入射的电磁波，使通过吸波器后的反射电磁波降低的结构。使用常规材料设计的吸波器有体积大，质量大，稳定性差等缺点，而使用超材料来设计吸波器可以很好地规避这些缺点。当固态等离子体未被激励时，会表现出介质特性，当固态等离子体被激励之后，会呈现出金属特性。激励条件不同时，固态等离子体的振荡频率也不同。基于固态等离子体的这种特性，采用固态等离子体作为谐振单元的材料来设计吸波结构，可以设计出可调谐的超材料吸波器。本技术采用固态等离子体作为谐振单元的材料，在固态等离子体谐振单元两端加载偏置电压进行激励，通过激励不同的固态等离子体区域来实现该吸波器在THz波段的超宽带吸收和动态调谐。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，通过在固态等离子体谐振单元两端加载偏置电压进行激励，进而改变谐振单元的介质、金属状态，实现吸波器在THz波段的动态调谐。本技术为解决上述问题采用以下技术方案：本技术提供一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上方设置有固态等离子体谐振层，所述固态等离子体谐振层由四个固态等离子体谐振单元组成，所述四个固态等离子体谐振单元的中心位于介质基板两对角线的1/4处，其厚度均为1.5μm，且对角两谐振单元的尺寸相同。作为本技术的进一步技术方案，所述固态等离子体谐振层的四个固态等离子体谐振单元由内、外两部分组成，外部谐振单元为内齿环方形结构，内层谐振单元为外齿形圆形结构，齿形结构的间距均为20°，环宽及齿形宽度相等。进一步的，所述内齿环方形结构中，左上方方形环的外边长为38μm，齿形结构为正方形片，边长为2μm，齿形结构的间距为2μm；右上方方形环的外边长为25.5μm，齿形结构为正方形片，边长为1.5μm，齿形结构的间距为1.5μm。进一步的，所述外齿形圆形结构中，左上方圆形环的外半径为7.5μm，环宽2μm，右上方圆形环的外半径为6μm，环宽1.5μm。进一步的，所述固态等离子体谐振单元具有两种状态，即激励状态和未激励状态，通过在固态等离子体谐振单元两端加载偏置电压进行激励，未激励的固态等离子体谐振单元表现出介质特性，即为未激励状态；激励时表现为金属特性，即为激励状态。进一步的，所述吸波器有三种工作状态，在激励不同的等离子体区域时能达到不同的吸收效果，当处于工作状态一时，四个固态等离子体谐振单元均被激励，可达到最好的吸收效果，此时该吸波器的吸收区域为7.98-15.37THz，相对带宽为63.3%；当处于工作状态二时，左上角及右下角的固态等离子体谐振单元被激励，该吸波器的吸收区域为8.61-9.9THz，11.04-12.77THz和15.16-15.84THz，相对带宽分别为13.9%，14.5%和4.4%；当处于工作状态三时，四个固态等离子体谐振单元均未被激励，该吸波器在7.6THz,8.57THz,8.94THz，14.61THz，16.18THz，16.67THz和18.7THz形成七个吸收频点。进一步的，所述介质基板为方形板，其边长为80μm，厚度为3μm，材料为无损耗的聚酰亚胺。进一步的，所述金属反射板为方形板，其边长为80μm，厚度为0.5μm，材料为金。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本技术一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器,通过在固态等离子体谐振单元两端加载偏置电压进行激励，以此实现谐振单元的金属、介质性质的转换，从而实现吸波器在THz波段的动态调谐。(2)本技术可以在较小的物理尺寸下实现对太赫兹电磁波的吸收，通过加载偏置电压，无需改变其他参数。具有设计灵活、极化不敏感、应用范围广、功能性强等特点。(3)本技术工作在单元1、2、3、4均被激励的情况下具有最好的吸收效果，吸收频率范围为：7.98-15.37THz，相对带宽为63.3%。附图说明图1为本技术的立体图。图2为本技术的俯视图。图3为本技术的侧视图。图4为本技术的结构单元周期性排列的（3´3）阵列图。图5为本技术工作在不同激励状态时电磁波垂直入射的吸收曲线。附图标记解释：1，2，3，4—固态等离子体谐振单元，5—介质基板，6—金属反射板。具体实施方式下面结合附图与具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步阐述：一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，该吸波器通过在固态等离子体谐振单元两端加载偏置电压进行激励，从而实现吸波器在太赫兹波段特定频率区域范围内的动态调谐，所述的吸波器由结构单元周期排列而成。其结构单元包括底层金属反射板6、介质基板5，以及固态等离子体谐振单元1，2，3，4。其立体图如图1所示，所述金属反射板的材料是金，所述介质基板的材料是无损耗的聚酰亚胺。该吸波器的谐振单元的材料为固态等离子体，通过在固态等离子体谐振单元两端加载偏置电压进行激励来控制固态等离子体谐振单元1，2，3，4的状态。固态等离子体的介电常数用Drude模型来描述，激励时等离子体频率为5.0´1014rad/s，碰撞频率为5.903´10131/s，未激励时等离子体频率为1.0´10-14rad/s，碰撞频率为1.0´10-141/s。工作在固态等离子体谐振单元1，2，3，4均被激励时的状态为状态一，工作在固态等离子体谐振单元1，3被激励时的状态为状态二，工作在固态等离子体谐振单元1，2，3，4均未被激励时的状态为状态三。所述的基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器的产生方法，该吸波器对于入射的电磁波是极化不敏感的，电磁波入射时，不同激励状态下吸收效果的差异是由于激励时固态等离子体呈金属特性，未激励时固态等离子体呈介质特性。状态一的吸收效果是由固态等离子体谐振单元1，2，3，4同时被激励所引起的，状态二的吸收效果是由固态等离子体谐振单元1，3同时被激励所引起的，状态三的吸收效果是由固态等离子体谐振单元1，2，3，4均未被激励所引起的。三种状态相比较，状态一的吸收效果最好。该吸波器的俯视图如图2所示，所述固态等离子体谐振单元1，2，3，4设置于介质基板上。所述固态等离子体谐振层由四个固态等离子体谐振单元组成。所述四个固态等离子体谐振单元的中心位于介质基板两对角线的1/4处，其厚度均为1.5μm，且对角两谐振单元的尺寸相同。所述固态等离子体谐振层的四个固态等离子体谐振单元由两部分组成，厚度均为1.5μm。外层谐振单元为内齿形方形环，左上方方形环的外边长为38μm，齿形结构为正方形片，边长为2μm，齿形结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，其特征在于：包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上方设置有固态等离子体谐振层，所述固态等离子体谐振层由四个固态等离子体谐振单元组成，所述四个固态等离子体谐振单元的中心位于介质基板两对角线的1/4处，其厚度均为1.5 μm，且对角两谐振单元的尺寸相同。

【技术特征摘要】
1.一种基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，其特征在于：包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上方设置有固态等离子体谐振层，所述固态等离子体谐振层由四个固态等离子体谐振单元组成，所述四个固态等离子体谐振单元的中心位于介质基板两对角线的1/4处，其厚度均为1.5μm，且对角两谐振单元的尺寸相同。2.根据权利要求1所述的基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，其特征在于：所述固态等离子体谐振层的四个固态等离子体谐振单元由内、外两部分组成，外部谐振单元为内齿环方形结构，内层谐振单元为外齿形圆形结构，齿形结构的间距均为20°，环宽及齿形宽度相等。3.根据权利要求2所述的基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，其特征在于：所述内齿环方形结构中，左上方方形环的外边长为38μm，齿形结构为正方形片，边长为2μm，齿形结构的间距为2μm；右上方方形环的外边长为25.5μm，齿形结构为正方形片，边长为1.5μm，齿形结构的间距为1.5μm。4.根据权利要求2所述的基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，其特征在于：所述外齿形圆形结构中，左上方圆形环的外半径为7.5μm，环宽2μm，右上方圆形环的外半径为6μm，环宽1.5μm。5.根据权利要求1所述的基于共面结构的齿形可调谐超宽带THz吸波器，其特征在于：所述固态等离子体谐振单元具有两种状...

【专利技术属性】
技术研发人员：章海锋，孔心茹，道日娜，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32