一种双向机械调谐的太赫兹波调制器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种双向机械调谐的太赫兹波调制器及其制备方法和应用，太赫兹波调制器包括固定控制架，固定控制架包括底板，底板上设置有可调形变，且对太赫兹有响应的阵列元件，阵列元件对应的底板位置上设置有便于太赫兹波通过的开孔，阵列元件的右端和下端均连接有微位移机构，微位移机构设置于底板上，阵列元件的左端和上端均通过第一固定座设置于底板上，阵列元件的四端均保持水平，且在同一水平面上。本发明专利技术的太赫兹波调制器及其制备方法较为简单，成本低廉，且调控方便，可分别或同时在两个不同方向进行连续拉伸调控。

A two-way mechanically tuned terahertz modulator and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种双向机械调谐的太赫兹波调制器及其制备方法和应用
本专利技术涉及太赫兹波调制器的
，特别是指一种双向机械调谐的太赫兹波调制器及其制备方法和应用。
技术介绍
太赫兹波通常指的是频率在0.1THz～10THz(波长在3mm～30μm)之间的电磁波，其波段在微波和红外光之间，在长波段与微波相重合，在短波段与红外光相重合，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电磁波谱上电子学领域向光子学领域的过渡区。当太赫兹波与物质发生相互作用时，会有许多新颖、奇特的物理或化学现象发生，这就为其应用在THz成像，短距离无线通信和材料特性表征等领域提供了有利条件。THz波在物质内部传播时不会使材料发生电离；遇到纳米量级的缺陷也不会发生散射；而且能够穿透非金属材料，例如：纸、衣服、塑料和陶瓷。这些特性吸引了众多科研人员的目光，使得其在医学成像、高速通讯、安全检测、物质鉴定和水分表征等尤其是在太赫兹通讯领域有着广泛的应用，且被称为“改变未来世界的十大技术之一”。对于太赫兹波段的研究主要分为三部分：太赫兹辐射、太赫兹探测和太赫兹的调控。经过以往二十多年的发展，太赫兹的发生和探测取得了巨大进展，发展已经较为成熟。而作为太赫兹应用核心部件的太赫兹调控器，是目前该领域研究的重要对象。现有调制器件在工作带宽、调制深度、调制速率、插入损耗和调控技术手段等诸多方面尚不能完全满足未来应用的实际要求。实现高效、实用的调制效果，获得新的太赫兹调制器件是现今亟待解决的科学问题。对于太赫兹调控来说，可通过光学、电学、光电结合、热学和机械调控等多种方法实现对太赫兹波频率、相位、偏振和强度等物理量的调控。可通过单场或多场调控的实现对单个或多个物理量的调控，调控方式多种多样，研究空间非常大。近年来，利用不同的材料和设计对THz波进行主动操纵，已经取得了很大的进展。其中，拉伸、缠绕、旋转等机械调谐是实现THz波调制的有效途径。但是目前，具有机械拉伸能力的THz调控器件大多存在加工复杂、成本高、拉伸能力低、调制深度受限等问题。
技术实现思路
基于现有的具有机械拉伸能力的THz调控器件大多存在加工复杂、成本高等问题，本专利技术提出一种双向机械调谐的太赫兹波调制器及其制备方法和应用，与已有的技术相比较，该调制器制备方法较为简单，成本低廉，且调控方便，可分别或同时在两个不同方向进行连续拉伸调控。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种双向机械调谐的太赫兹波调制器，包括固定控制架，固定控制架包括底板，底板上设置有可调形变，且对太赫兹有响应的阵列元件，阵列元件对应的底板上设置有便于太赫兹波通过的开孔，阵列元件的右端和下端均连接有微位移机构，微位移机构设置于底板上，阵列元件的左端和上端均通过第一固定座设置于底板上。进一步地，微位移机构包括微位移板平台、第二固定座和千分尺，微位移板平台设置于底板上，且与千分尺的螺杆相连，千分尺固定于底板上，第二固定座固定于微位移平台上，阵列元件的右端和下端分别与对应的第二固定座固定相连。进一步地，阵列元件为Ni纳米线阵列，Ni纳米线阵列包括有序排列的Ni纳米线层，Ni纳米线层的两侧分别设置有PDMS衬底层和封装层。进一步地，有序排列的Ni纳米线层指的是各条Ni纳米线之间呈平行排列。进一步地，第一固定座包括置于底板上的第一固定板，第一固定板远离底板的一侧设置有第二固定板，阵列元件的端部对应的置于第一固定板和第二固定板之间，第一固定板和第二固定板通过螺丝固定于底板上。进一步地，第二固定座包括置于微位移板平台上的第三固定板、第三固定板远离底板的一侧设置有第四固定板，阵列元件的端部对应的置于第三固定板和第四固定板之间，第三固定板和第四固定板通过螺丝固定于底板上，第一固定板和第三固定板远离底板的一侧保持水平且在同一水平面上，第二固定板和第四固定板远离底板的一侧保持水平且在同一水平面上。所述的一种双向机械调谐的太赫兹波调制器的制备方法，包括以下步骤：(1)制备Ni纳米线阵列；(2)将Ni纳米线阵列对应底板的开孔处，Ni纳米线阵列的左端和上端分别置于对应的第一固定板和第二固定板之间，然后通过螺丝将第一固定板和第二固定板固定于底板上；(3)将Ni纳米线阵列的右端和下端分别固定于对应的第三固定板和第四固定板之间，然后通过螺丝将第三固定板和第四固定板固定于微位移板平台上，旋转右端和/或下端的千分尺调节微位移板平台在底板上的位置，然后将微位移平台通过螺丝固定于底板上。进一步地，步骤(1)中，制备Ni纳米线阵列的方法，包括以下步骤：1)采用化学还原法制备Ni纳米线；2)将PDMS旋涂在PE基底上，加热固定成型，形成PDMS衬底层。3)利用磁场排列技术将所述Ni纳米线有序的沉积在PDMS衬底层上；4)用PDMS覆盖在Ni纳米线上形成PDMS封装层，PDMS封装层不破坏Ni纳米线有序的阵列结构；5)将步骤4)制备的PDMS双层包覆的Ni纳米线阵列从PE基底上轻轻揭下。一种双向机械调谐的太赫兹波调制器在制备太赫兹功能器件中应用。进一步地，太赫兹功能器件包括包括太赫兹波导、太赫兹偏振器、太赫兹波调制器、太赫兹波天线和太赫兹波开关。本专利技术的有益效果：本专利技术所双向调控太赫兹波调制器，采用PDMS-Ni纳米线-PDMS三明治阵列结构和可调位置的固定拉伸系统，可实现对太赫兹波强度的调制，具有制备简单，应用范围广，成本低廉等特点，对未来太赫兹光谱应用的发展有着广泛的应用前景。本专利技术主要是改变器件中微位移平台的位移连续调控样品的形变来实现对太赫兹波强度的调控。Ni纳米线阵列被加紧在对应的固定板之间，而有微位移平台的两侧可被同时拉伸或者分别拉伸。旋动微位移平台上连接的千分尺旋柄可调节微位移平台在底板上的位置，同时被加紧在固定板之间的纳米线阵列被拉伸，可以通过控制Ni纳米线阵列的形变，来调控太赫兹波与Ni纳米线阵列的相互作用。本专利技术所提供的Ni纳米线阵列在材料上选用柔性的PDMS作为衬底层，在PDMS衬底层上通过磁场法排列高度有序的Ni纳米线阵列，然后在Ni纳米线阵列上涂覆一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜作为封装层。PDMS包覆层具有完全弹性、形变可恢复性的特点，且包覆的Ni纳米线具有非连续性，所述的Ni纳米线阵列结构具有可回复性、可重复利用的特点；而且采用PDMS包覆层，便于通过调控PDMS初始配比，从而实现对柔性阵列的插入损耗、拉伸形变的调控。所述衬底层的制备是以PE作为基片，将PE剪裁成想要的形状，涂覆PDMS并加热固定成型，PE板剪裁方便，价格低廉，且可作为模具重复利用。通过改变PE基底的形状，可控制成型样品的形状。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向机械调谐的太赫兹波调制器，其特征在于：包括固定控制架，固定控制架包括底板(1)，底板(1)上设置有可调形变，且对太赫兹有响应的阵列元件，阵列元件对应的底板(1)上设置有便于太赫兹波通过的开孔(3)，阵列元件的右端和下端均连接有微位移机构，微位移机构设置于底板(1)上，阵列元件的左端和上端均通过第一固定座(13)设置于底板(1)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种双向机械调谐的太赫兹波调制器，其特征在于：包括固定控制架，固定控制架包括底板(1)，底板(1)上设置有可调形变，且对太赫兹有响应的阵列元件，阵列元件对应的底板(1)上设置有便于太赫兹波通过的开孔(3)，阵列元件的右端和下端均连接有微位移机构，微位移机构设置于底板(1)上，阵列元件的左端和上端均通过第一固定座(13)设置于底板(1)上。


2.根据权利要求1所述的一种双向机械调谐的太赫兹波调制器，其特征在于：微位移机构包括微位移板平台(6)、第二固定座(14)和千分尺(7)，微位移板平台(6)设置于底板(1)上，且与千分尺(7)的螺杆相连，千分尺(7)固定于底板(1)上，第二固定座(14)固定于微位移平台上，阵列元件的右端和下端分别与对应的第二固定座(14)固定相连。


3.根据权利要求1所述的一种双向机械调谐的太赫兹波调制器，其特征在于：阵列元件为Ni纳米线阵列，Ni纳米线阵列包括有序排列的Ni纳米线层(10)，Ni纳米线层(10)的两侧分别设置有PDMS衬底层(11)和PDMS封装层(12)。


4.根据权利要求1所述的一种双向机械调谐的太赫兹波调制器，其特征在于：有序排列的Ni纳米线层(10)指的是各条Ni纳米线之间呈平行排列。


5.根据权利要求2所述的一种双向机械调谐的太赫兹波调制器，其特征在于：第一固定座(13)包括置于底板(1)上的第一固定板(4)，第一固定板(4)远离底板(1)的一侧设置有第二固定板(5)，阵列元件的端部置于对应的第一固定板(4)和第二固定板(5)之间，第一固定板(4)和第二固定板(5)通过螺丝固定于底板(1)上。


6.根据权利要求5所述的一种双向机械调谐的太赫兹波调制器，其特征在于：第二固定座(14)包括置于微位移板平台(6)上的第三固定板(8)、第三固定板(8)远离底板(1)的一侧设置有第四固定板(9)，阵列元件的端部对应的置...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海中，李顺方，相文峰，刘旋，黄晓炜，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41