应用在太赫兹频段的石墨烯超表面制造技术

本实用新型专利技术公开一种应用在太赫兹频段的石墨烯超表面，该石墨烯超表面由N*N个数量单位的石墨烯反射单元排列组成，每一个石墨烯反射单元由三层结构组成长方体结构，每一个石墨烯反射单元包括最上层的石墨烯贴片、中间层的石英介质板以及底层的金属地板。所述石墨烯贴片设置在石英介质板的上表面，且石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度为θ，该旋转角度θ为‑90°～90°范围内任意角度；所述金属地板设置在石英介质板的下表面，所述石墨烯贴片的中心点位置与石英介质板的中心点位置重合。本实用新型专利技术提出的石墨烯超表面应用于太赫兹频段中能够实现自旋涡波的0～360°全相位调控，产生的涡旋波的相位更准确，进而提升了涡旋波的性能。

Graphene super surface applied in terahertz band

The utility model discloses a graphene super-surface applied in terahertz frequency band. The graphene super-surface is composed of graphene reflecting units arranged in N*N units. Each graphene reflecting unit consists of a cuboid structure composed of three layers, and each graphene reflecting unit comprises a top layer graphene patch and an intermediate layer graphene patch. A layer of quartz dielectric plate and a metal floor at the bottom. The graphene patch is arranged on the upper surface of the quartz dielectric plate, and the rotation angle of the graphene patch on the surface of the quartz dielectric plate is theta, and the rotation angle is any angle within the range of 90 degrees to 90 degrees; The metal floor is arranged on the lower surface of the quartz dielectric plate, and the center point of the graphene patch is positioned with the quartz. The center position of the dielectric plate coincides. The graphene super-surface proposed by the utility model can be applied to the terahertz frequency band to realize all-phase control of the spin vortex wave from 0 to 360 degrees, and the phase of the generated vortex wave is more accurate, thereby improving the performance of the vortex wave.

【技术实现步骤摘要】
应用在太赫兹频段的石墨烯超表面
本技术涉及微波通信的
，尤其涉及一种应用在太赫兹频段的石墨烯超表面。
技术介绍
近年来，控制电磁波的自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)的技术逐渐引起了人们的研究兴趣，由于它们能够应用在通信系统的极化分集和信道编码等方面，因此不断的有研究人员设计超表面器件来独立调控它们。这两种动量是一个传播电磁波的本征特性，它们分别与电磁波的极化和相位有关。由于超表面在控制电磁波极化和相位方面的灵活性，它们被广泛引用于不规则反射或折射、反射阵天线、涡旋波产生器和极化转换器等方面。随着通信速率逐渐提高，应用频段也会随着升高，能够应用在太赫兹(THz)频段的超表面成为了必然的趋势。现在一些应用太赫兹频段的超表面，大多数是使用金属单元设计的，由于金属在频率较高的THz频段本身的趋肤效应较严重，使电流集中在金属表面，电流分布不平均造成了单元阻抗增加，从而使整个超表面的损耗较高，不利于实际应用。石墨烯材料由于在THz频段具有良好的导电率和较低的表面损耗，因此适合替代金属在该频段的应用。目前一些已有的石墨烯超表面，通常通过改变单元贴片的大小或者调节石墨烯化学势参数实现的，这种方法能够提供的反射相位范围只有300°左右，而无法实现360°的全相位的调控，当使用它们设计自旋涡旋波超表面时，对于需要反射相位超过300°的位置，只能都用300°的反射单元代替，这样就会在一定程度上降低性能和控制准确性。
技术实现思路
为了解决上述技术缺陷，本技术的主要目的在于提供一种应用在太赫兹频段的石墨烯超表面，旨在解决现有技术中石墨烯超表面应用在太赫兹频段中无法实现自旋涡波的0～360°全相位调控的技术问题。为实现上述目的，本技术提供了一种应用在太赫兹频段的石墨烯超表面，该石墨烯超表面由N*N个数量单位的石墨烯反射单元排列组成，每一个石墨烯反射单元由三层结构组成长方体结构，每一个石墨烯反射单元包括最上层的石墨烯贴片、中间层的石英介质板以及底层的金属地板，其中：所述石墨烯贴片设置在石英介质板的上表面，且石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度为θ，该旋转角度θ为-90°～90°范围内任意角度；所述金属地板设置在石英介质板的下表面，所述石墨烯贴片的中心点位置与石英介质板的中心点位置重合。优选的，所述石墨烯贴片为矩形。优选的，所述石墨烯贴片的长度为13.39um、宽度为3.2um。优选的，所述石英介质板和金属地板均为一种上下表面均为正方形的长方体结构。优选的，所述石英介质板的边长为14um、厚度为26um。优选的，所述金属地板的边长为14um、厚度为1um。优选的，所述石墨烯超表面是由21*21个数量单位的石墨烯反射单元排列组成。相较于现有技术，本技术提出新参数结构的石墨烯反射单元，利用这种石墨烯反射单元构建的石墨烯超表面能够实现产生指定拓扑模式的涡旋波，石墨烯超表面的每一个石墨烯反射单元能够取到0～360°全相位范围内的值，因此能够实现自旋涡波的0～360°全相位调控，与现有技术中无法实现全相位范围调节的石墨烯超表面相比，本技术提出的石墨烯超表面产生的涡旋波的相位更准确，进而提升了涡旋波的性能。附图说明图1是本技术应用在太赫兹频段的石墨烯超表面的立体结构示意图；图2是组成石墨烯超表面的单个石墨烯反射单元的立体结构示意图；图3为石墨烯超表面中的所有石墨烯反射单元分布的俯视图；图4为石墨烯超表面的反射相位值分布图；图5为石墨烯超表面在垂直方向上分析涡旋波电场Ex分量的相位分布图；图6为应用在太赫兹频段的石墨烯超表面的归一化辐射方向图。本技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，将在具体实施方式部分一并参照附图做进一步说明。具体实施方式为更进一步阐述本技术为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本技术的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术提出一种反射型的石墨烯超表面，它由一定数量的石墨烯反射单元构成的。通过确定每个位置上的石墨烯反射单元处所需的反射相位，并按照这种分布规律构建出的石墨烯超表面，就能够在垂直方向上产生一个带有指定自旋方式的涡旋电磁波。参考图1所示，图1为应用在太赫兹频段的石墨烯超表面的立体结构示意图。本实施例中，所述用于产生自涡旋波的石墨烯超表面2由N*N个数量单位的石墨烯反射单元排列组成，该石墨烯超表面2呈长方体结构。本实例提供了一种由21*21个数量单位的石墨烯反射单元1排列组成的石墨烯超表面2，该石墨烯超表面2的表面大小为294um*294um，每一个石墨烯反射单元1之间相互无缝隙排列构成一个长方体结构的石墨烯超表面2；当石墨烯超表面2工作频率f＝1.5THz，当一个左旋圆极化波垂直入射到该石墨烯超表面2上时，该石墨烯超表面2就能够在垂直方向上反射出一个相同极化方式的涡旋电磁波。参考图2所示，图2是组成石墨烯超表面的单个石墨烯反射单元的立体结构示意图。在本实施例中，所述石墨烯反射单元1由三层结构组成的长方体结构，包括最上层的石墨烯贴片11、中间层的石英介质板12以及底层的金属地板13。所述石墨烯贴片11设置在石英介质板12上表面的中心点位置，且石墨烯贴片11设置在石英介质板12上表面的旋转角度为θ(即石墨烯贴片11的长边与三维空间坐标轴X轴之间的夹角为θ)，金属地板13设置在石英介质板12的下表面。其中，θ为-90°～90°范围内任意角度。石墨烯贴片11的中心点与石英介质板12的中心点重合，石墨烯贴片11设置在石英介质板12上表面的旋转角度θ都是围绕这个中心点进行旋转形成的。作为优选实施例，所述石墨烯反射单元1的实际尺寸参数如下：石墨烯贴片11为矩形，该石墨烯贴片11的长度a为13.39um、宽度b为3.2um；石英介质板12为一种上下表面均为正方形的长方体结构，该石英介质板12的边长s为14um、厚度h为26um；金属地板13为一种上下表面均为正方形的长方体结构，该金属地板13的边长s为14um、厚度为1um，金属地板13为金属铜。如图3所示，图3为石墨烯超表面2中的所有石墨烯反射单元1分布的俯视图。在本实施例中，如果石墨烯超表面2各位置处的每一个反射相位值2θ，根据Pancharatnam-Berry(PB)相位原理，只需要将这个位置处的组成石墨烯反射单元1的石墨烯贴片11旋转θ角度，就能够实现所需的反射相位。最后，将每个位置旋转不同角度的石墨烯贴片11构成的石墨烯反射单元1组合起来，就形成了能够产生自旋涡波的石墨烯超表面2。如图4所示，图4为石墨烯超表面2的反射相位值分布图，使用灰白强度图来表示各处所需的反射相位值，从图4可以看到取值范围在-180°(亮灰色)～180°(浅灰色)以内，在一个旋转周期内，按逆时针方向经历了-π至π连续的相位变化，与涡旋波相位变化规律一致。参考图5所示，图5为石墨烯超表面2在垂直方向上分析涡旋波电场Ex分量的相位分布图。为了验证垂直反射波是具有指定拓扑模式(例如1-拓扑模式)的涡旋电磁波，在距离石墨烯超表面2正上方的5倍波长位置处设置一个1000um*1000um正方形观察平面，用来观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用在太赫兹频段的石墨烯超表面，其特征在于，该石墨烯超表面由N*N个数量单位的石墨烯反射单元排列组成，每一个石墨烯反射单元由三层结构组成长方体结构，每一个石墨烯反射单元包括最上层的石墨烯贴片、中间层的石英介质板以及底层的金属地板，其中：所述石墨烯贴片设置在石英介质板的上表面，且石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度为θ，该旋转角度θ为‑90°～90°范围内任意角度；所述金属地板设置在石英介质板的下表面，所述石墨烯贴片的中心点位置与石英介质板的中心点位置重合。

【技术特征摘要】
1.一种应用在太赫兹频段的石墨烯超表面，其特征在于，该石墨烯超表面由N*N个数量单位的石墨烯反射单元排列组成，每一个石墨烯反射单元由三层结构组成长方体结构，每一个石墨烯反射单元包括最上层的石墨烯贴片、中间层的石英介质板以及底层的金属地板，其中：所述石墨烯贴片设置在石英介质板的上表面，且石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度为θ，该旋转角度θ为-90°～90°范围内任意角度；所述金属地板设置在石英介质板的下表面，所述石墨烯贴片的中心点位置与石英介质板的中心点位置重合。2.如权利要求1所述的应用在太赫兹频段的石墨烯超表面，其特征在于，所述石墨烯贴片为矩形。3.如权利要求2所述的应用在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晨，邓力，李书芳，张贯京，葛新科，张红治，何明生，
申请(专利权)人：深圳市景程信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44