一种基于二氧化钒可调控的反射型太赫兹偏振转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于二氧化钒可调控的反射型太赫兹偏振转换器，基于二氧化钒从绝缘态到金属态的相变过程，实现高效、可调谐反射型偏振转换器，所述偏振转换器对太赫兹波具有主动调控功能，偏振转换器的单元结构由三层结构组成：底层为铝金属反射层；中间层为聚酰亚胺介质层；顶层为铝金属和相变材料二氧化钒组成的双斜对称矩形谐振环；在x和y方向进行周期性排布形成超表面微结构。本发明专利技术在高效偏振转换效率下对反射振幅具有主动调控功能，该偏振转换器对自身结构缺陷和外部环境等微扰情况具有很强的鲁棒性，同时，还克服了传统结构器件中被动调控的不足，在不同温度下可实现对振幅的调控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二氧化钒可调控的反射型太赫兹偏振转换器
本专利技术涉及太赫兹波段超表面功能器件领域，尤其涉及一种基于二氧化钒可调控的反射型太赫兹偏振转换器。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，简称THz)波位于电子学和光子学的过渡区域，在电磁波谱中位于微波与红外之间(0.1～10THz)。独特的频谱位置使得THz波具有微波穿透能力和光学成像功能，同时还表现出许多微波和红外波段不具有的电磁特性，如宽带性、相干性、瞬态性以及较低的光子能量。偏振是电磁波的本质属性之一，电磁波可以通过偏振加载更为丰富的信息，并且随着5G和6G通讯技术的发展，对电磁波携带信息的能力要求愈来愈高，因此偏振转换器件具有非常广阔的应用前景。传统的偏振转换器大多数利用材料本身在传播方向上弱偏振响应的累积来制备，包括：晶体中的各向异性效应、布鲁斯特角效应和磁光介质法拉第效应等，然而这些器件的巨大厚度严重阻碍了光学系统的小型化和集成化发展，并且复杂的外围设备更加限制了其在现代光学系统中的应用。Papakostas等人于2003年利用二维手性超材料操控光波的偏振态，衍射光束的偏振立体角旋转超过30°[1]。随后，S.L.Prosvirnin等人于2005年基于洛伦兹互易定理分析了二维手性超材料的透射特性[2]。研究结果表明，二维手性超材料结构单元的本征手性和微结构晶格排布所导致的结构手性均可引起电磁波的偏振调制。2006年，A.V.Rogacheva等人利用双层旋转的金属花朵型图案构建三维手征超材料[3]，金属结构的层间电磁耦合导致强烈的偏振旋转效应，实验表明其设计的超材料在微波频段的旋光能力比石英晶体在光波段的旋光能力高出5个数量级。随后V.A.Fedotov等人利用鱼鳞状二维手性超表面实现了圆偏振转换的二向色性现象[4]。紧接着，微波[5,6]、THz[7]、红外[8]波段的超材料如雨后春笋般涌现出来，实现了超薄圆偏振器件、线偏振旋转器件等器件和材料，并且在可见光和近红外波段获得了高达2500°/mm的线偏振旋光度。科研工作者利用多层金属平面微结构制备超表面，并实现了圆偏振片、线偏振旋转器件等多种超表面器件。2014年Cong等人提出了一种高效、宽带、可调谐的柔性四分之一波片[9]，在太赫兹波波段具有很好的π/2的相位延迟以及高透射率，并显示出线偏到圆偏的完美转换。近年来，基于二维超材料/超表面实现了大量满足实际应用需求的偏振转换功能器件，但随着技术的进步，被动式超表面已经不能满足当前的应用要求，偏振转换器件也逐步向多功能可调谐的主动式方向发展，将可调谐以及多样化的功能集成到单个超表面已成为一个新兴的研究领域。2017年，Ding等人提出了极化不敏感且可切换的THz超表面[10]，在二氧化钒从绝缘体到金属的过渡中，该超表面实现了从宽带吸收器件切换到宽带半波片的功能转换，使之更具有灵活性和可操纵性，该可切换超表面有望在THz频率下实现与其他可调谐功能器件联合使用的高级研究和智能应用。参考文献[1]PapakostasA,PottsA,BagnallDM,etal.OpticalManifestationsofPlanarChirality[J].PhysicalReviewLetters,2003,90(10):107404.[2]ProsvirninSL,ZheludevNI.Polarizationeffectsinthediffractionoflightbyaplanarchiralstructure[J].PhysicalReviewEStatisticalNonlinear&SoftMatterPhysics,2005,71(3):037603.[3]RogachevaAV,FedotovVA,SchwaneckeAS,etal.Giantgyrotropyduetoelectromagnetic-fieldcouplinginabilayeredchiralstructure[J].PhysicalReviewLetters,2006,97(17):177401.[4]FedotovVA,MladyonovPL,ProsvirninSL,etal.AsymmetricPropagationofElectromagneticWavesthroughaPlanarChiralStructure[J].PhysicalReviewLetters,2006,97(16):167401.[5]DeckerM,RutherM,KrieglerCE,etal.Strongopticalactivityfromtwisted-crossphotonicmetamaterials[J].OpticsLetters,2009,34(16):2501-3.[6]HaoJ,YuanY,RanL,etal.ManipulatingElectromagneticWavePolarizationsbyAnisotropicMetamaterials[J].Phys.rev.lett,2007,99(6):063908.[7]PlumE,FedotovVA,SchwaneckeAS,etal.Giantopticalgyrotropyduetoelectromagneticcoupling[J].AppliedPhysicsLetters,2007,90(22):223113-223113-3.[8]ZhangS,ParkYS,LiJ,etal.NegativeRefractiveIndexinChiralMetamaterials[J].PhysicalReviewLetters,2009,102(2):023901.[9]CongL,XuN,GuJ,etal.Highlyflexiblebroadbandterahertzmetamaterialquarter-waveplate[J].Laser&PhotonicsReviews,2014,8(4):626-632.[10]DingF,ZhongS,BozhevolnyiSI.VanadiumDioxideIntegratedMetasurfaceswithSwitchableFunctionalitiesatTerahertzFrequencies[J].AdvancedOpticalMaterials,2018:1701204.
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于二氧化钒可调控的反射型太赫兹偏振转换器，本专利技术在高效偏振转换效率下对反射振幅具有主动调控功能，同时，还克服了传统结构器件中被动调控的不足，在不同温度下可实现对振幅的调控，详见下文描述：一种基于二氧化钒可调控的反射型太赫兹偏振转换器，基于二氧化钒从绝缘态到金属态的相变过程，实现高效、可调谐反射型偏振转换器，所述偏振转换器对太赫兹波具有主动调控功能，偏振转换器的单元结构由三层结构组成：底层为铝金属反射层；中间层为聚酰亚胺介质层；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二氧化钒可调控的反射型太赫兹偏振转换器，其特征在于，基于二氧化钒从绝缘态到金属态的相变过程，实现高效、可调谐反射型偏振转换器，所述偏振转换器对太赫兹波具有主动调控功能，偏振转换器的单元结构由三层结构组成：/n底层为铝金属反射层；中间层为聚酰亚胺介质层；顶层为铝金属和相变材料二氧化钒组成的双斜对称矩形谐振环；/n在x和y方向进行周期性排布形成超表面微结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化钒可调控的反射型太赫兹偏振转换器，其特征在于，基于二氧化钒从绝缘态到金属态的相变过程，实现高效、可调谐反射型偏振转换器，所述偏振转换器对太赫兹波具有主动调控功能，偏振转换器的单元结构由三层结构组成：
底层为铝金属反射层；中间层为聚酰亚胺介质层；顶层为铝金属和相变材料二氧化钒组成的双斜对称矩形谐振环；
在x和y方向进行周期性排布形成超表面微结构。


2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳春梅，赵京，韩家广，田震，谷建强，许全，张伟力，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12