一种可调太赫兹透镜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可调太赫兹透镜及其制备方法和应用，包括相对设置的基板和介质层，以及位于基板和介质层之间的液晶层；介质层远离基板的外侧面上设有介质超构表面层，介质超构表面层包括各向异性介质柱阵列，介质柱的宽度由中心向边缘沿径向逐渐减小；基板和介质层相对的内侧面上均分别设有电极层和取向层；取向层均为沿径向呈周期性0°～180°渐变分布的取向来诱导液晶分子进行取向；液晶层中液晶分子指向矢沿径向呈周期性0°～180°渐变分布。本发明专利技术具有宽波段适用、小型化易集成、轻薄化的特点，适用场景的不同可以动态切换色差或是消色差透镜，在太赫兹通信、成像以及传感等方面有极大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种可调太赫兹透镜及其制备方法和应用
本专利技术涉及光学器件及其制备方法和应用，特别是涉及一种可调太赫兹透镜及其制备方法和应用。
技术介绍
太赫兹波是频率在0.1～10THz(对应波长为30～3000μm)之间的电磁波，有其独特的性质。太赫兹波能穿透非极性和非金属材料，电离辐射小；此外，许多有机或生物分子在这个波段具有集体振动模式，形成独特的“太赫兹指纹”。这些特点为太赫兹人体安检、工业检查和医疗诊断提供了巨大的机会。在这些涉及太赫兹成像的应用中，透镜是很重要的元件。由特定亚波长的金属或介质谐振器阵列组成的超构透镜被开发出来并用于太赫兹波前调控，它们取代了传统的晶体或聚合物折射透镜，呈现出小型化和集成化的趋势。然而，它们的功能大多是静态的。到目前为止，动态功能，特别是连续变焦距或可调色差仍然是一个巨大的挑战。由于太赫兹光谱的宽频带，太赫兹超构透镜的色差比光学或近红外波段更加显著。透镜的色差导致焦距随频率变化，大大降低了宽谱太赫兹成像的光谱分辨率。为了解决这个问题，需要沿着太赫兹光路进行机械扫描来捕获不同频率的图像，使得检测和分析变得复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调太赫兹透镜，其特征在于：包括相对设置的基板和介质层，以及位于所述基板和介质层之间的液晶层；介质层远离基板的一侧设有介质超构表面层，介质超构表面层包括各向异性介质柱阵列结构，介质柱的宽度由超构表面的中心向边缘沿径向逐渐减小；/n基板和介质层相对的内侧面上分别设有电极层，所述二电极层相对的内侧面上分别设有取向层，记为第一取向层和第二取向层；第一取向层和第二取向层具备相同的取向方向，均为沿径向呈周期性0°～180°渐变分布的取向以诱导液晶分子进行取向；液晶层设置于第一取向层和第二取向层之间，液晶层中的液晶分子指向矢在取向层面内沿径向呈周期性0°～180°渐变取向。/n

【技术特征摘要】
1.一种可调太赫兹透镜，其特征在于：包括相对设置的基板和介质层，以及位于所述基板和介质层之间的液晶层；介质层远离基板的一侧设有介质超构表面层，介质超构表面层包括各向异性介质柱阵列结构，介质柱的宽度由超构表面的中心向边缘沿径向逐渐减小；
基板和介质层相对的内侧面上分别设有电极层，所述二电极层相对的内侧面上分别设有取向层，记为第一取向层和第二取向层；第一取向层和第二取向层具备相同的取向方向，均为沿径向呈周期性0°～180°渐变分布的取向以诱导液晶分子进行取向；液晶层设置于第一取向层和第二取向层之间，液晶层中的液晶分子指向矢在取向层面内沿径向呈周期性0°～180°渐变取向。


2.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：当入射太赫兹波透过介质柱时，介质柱的共振相位随频率的变化满足如下公式：



式中，f是频率，c是真空中光速，F代表焦距，r是透镜的半径，k和d均为常数，为透镜相位。


3.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述介质柱阵列的结构单元为长方形介质柱，入射太赫兹波频率为0.9～1.4THz时，介质柱的长为10～50μm，宽为10～50μm，高为150～300μm，周期为50～100μm。


4.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述基板的材质为石英、聚酰亚胺或高阻硅，介质层的材质为高阻硅；所述电极层的材料为少层石墨烯、PEDOT或ITO纳米晶须；所述取向层均为光控取向层。


5.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述液晶层的液晶材料为双折射率材料，具有第一折射率和第二折射率；在入射至所述可调太赫兹透镜的入射光的频率范围在0.9～1.4THz时，所述第一折射率和第二折射率之间的差值为Δn，0.2≤Δn≤0.4。


6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志雄，葛士军，周胜航，陈烨，
申请(专利权)人：南京南辉智能光学感控研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32