基于动态调控等效能级的太赫兹宽频带负折射率超材料的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动态调控等效能级的太赫兹宽频带负折射率超材料的设计方法。该方法利用特定的五层谐振单元结构实现动态调控太赫兹宽频带负折射率超材料设计，其谐振单元结构从下到上包括：第一层为半导体环形孔结构；第二层为金属谐振结构；第三层为介质层；第四层为与第二层相同的金属谐振结构；第五层为与第一层相同的半导体环形孔结构。根据该超材料谐振单元结构的等效能级与外部激励的对应关系，即：当超材料没有受到外部激励时，超材料可等效为两个等效能级；当超材料受到外部源激励时，超材料可等效为四个等效能级。利用不同外部激励方式（电控、温控、光控和压控等）对超材料的等效能级进行动态调控，进而实现超材料负折射率的动态调控。

Design Method of Terahertz Broadband Negative Refractive Index Metamaterials Based on Dynamic Regulation of Equivalent Energy Level

The invention discloses a design method of terahertz broadband negative refractive index metamaterials based on dynamic regulation of equivalent energy levels. This method uses a specific five-layer resonant cell structure to realize the dynamic control of terahertz broadband negative refractive index metamaterial design. The resonant cell structure includes: the first layer is a semiconductor ring hole structure; the second layer is a metal resonant structure; the third layer is a dielectric layer; the fourth layer is the same metal resonant structure as the second layer; and the fifth layer is the same semiconductor as the first layer. Annular pore structure. According to the corresponding relationship between the equivalent energy level and the external excitation, that is, when the metamaterial is not subjected to external excitation, the metamaterial can be equivalent to two equivalent energy levels; when the metamaterial is subjected to external excitation, the metamaterial can be equivalent to four equivalent energy levels. Different external excitation modes (electronic control, temperature control, optical control and voltage control) are used to dynamically regulate the equivalent energy levels of metamaterials, and then the negative refractive index of metamaterials is dynamically regulated.

【技术实现步骤摘要】
基于动态调控等效能级的太赫兹宽频带负折射率超材料的设计方法
本专利技术属于太赫兹（THz）超材料设计
，具体涉及一种基于动态调控等效能级的THz宽频带负折射率超材料的设计方法。
技术介绍
THz波因其具有许多独特的性能，如瞬时性、低能性、宽带性、非极性物质极强穿透力等，在生物医学、国防军事通信、安检无损检测等领域具有巨大的应用价值。如何有效依照应用需求调控THz波成为相关领域的研究重点，但THz的调控却因调制器的缺乏而受到限制。由亚波长结构单元按照一定的排列方式组成的人工复合超材料因其独特的电磁响应特性受到了研究者的青睐。超材料的电磁特性主要取决于其单元结构以及单元排列方式，而非取决于其具体组成材料的性质。研究发现，超材料可实现自然界中不存在的负折射率，而负折射率超材料具有一系列的反常现象，包括负折射效应、逆多普勒效应、倏逝波放大等。然而，THz负折射率超材料的研究仍面临许多挑战，如带宽窄、难以实现动态调控等。因此，动态可调THz宽带负折射率超材料成为了一个新的研究热点。THz负折射率超材料动态调控的主要技术途径是在结构单元中加入半导体材料或二极管，或者将谐振结构浸入液晶中。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动态调控等效能级的太赫兹宽频带负折射率超材料的设计方法，其基本方法是：提出一种五层式的超材料谐振单元结构，从底层往顶层依次为：第一层为半导体孔结构，第二层为金属谐振结构，第三层为介质层，第四层为与第二层相同的金属谐振结构，第五层为与第一层相同的半导体结构；将该超材料谐振单元结构等效为原子，不同谐振单元结构等效为具有不同等效能级的原子；通过外部激励来改变半导体材料的电导率，进而改变单元结构的等效能级，即：当超材料没有受到外部激励时，超材料可等效为两个等效能级；当超材料受到外部源激励时，超材料可等效为四个等效能级。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态调控等效能级的太赫兹宽频带负折射率超材料的设计方法，其基本方法是：提出一种五层式的超材料谐振单元结构，从底层往顶层依次为：第一层为半导体孔结构，第二层为金属谐振结构，第三层为介质层，第四层为与第二层相同的金属谐振结构，第五层为与第一层相同的半导体结构；将该超材料谐振单元结构等效为原子，不同谐振单元结构等效为具有不同等效能级的原子；通过外部激励来改变半导体材料的电导率，进而改变单元结构的等效能级，即：当超材料没有受到外部激励时，超材料可等效为两个等效能级；当超材料受到外部源激励时，超材料可等效为四个等效能级。2.根据权利要求1所述的宽频带负折射率超材料设计方法，其特征在于所述介质层可等效为原子核，谐振结构可等效为不同能级上的自由电子。3.根据权利要求1所述的宽频带负折...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彬，凌芳，钟哲强，张源，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51