可调谐太赫兹吸波器制造技术

本发明专利技术提供一种可调谐太赫兹吸波器，包括衬底层以及固定在衬底层上的薄膜层；其中，衬底层，在所述衬底层上开设有相互独立的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽通过流道连通，在所述第二凹槽内加工成型有超表面阵列结构，在第一凹槽中注入具有所需介电常数的液体，液体通过流道流入到第二凹槽中；薄膜层，其密封在衬底层上以使得第一凹槽和第二凹槽形成为封闭的腔体，所述超表面阵列结构与所述薄膜层之间具有间距。本发明专利技术解决了现有吸波器吸收特性固定不可调的问题，实现太赫兹吸波器的吸收峰频点与吸收率实时调节的功能。波器的吸收峰频点与吸收率实时调节的功能。波器的吸收峰频点与吸收率实时调节的功能。

【技术实现步骤摘要】
可调谐太赫兹吸波器


[0001]本专利技术属于吸波器设计制造的
，具体涉及一种可调谐太赫兹吸波器。

技术介绍

[0002]全球首份6G白皮书报告指出：“太赫兹关键器件会是未来6G愿景实现的关键技术与挑战”。随着太赫兹技术在未来通信领域的进一步应用，研制能够抵挡或削弱太赫兹辐射的材料或器件至关重要。其中，超材料吸波器是一种十分重要且有效的吸收电磁波的器件。
[0003]完美超材料吸波器的概念于2008年被提出，但是当时的吸波器主要为“金属
‑
介质
‑
金属”结构，具有结构复杂，加工困难以及难以实现多频或宽频吸收的缺点。后来全介质吸波器的出现解决了上述问题。其中，硅成为制作太赫兹吸波器最广泛的应用材料，这不仅是由于硅具有优良的物理、化学、机械性质，同时具有一定掺杂浓度的硅还能够支持太赫兹波段的表面等离激元共振。时至今日，各种各样的硅基吸波器被提出。目前，超材料吸波器一旦被加工完成，其性能也固定不变，无法调节，这大大限制了吸波器在各种场景下的应用。因此，吸波器的吸收特性可调节成为目前研究的重点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种可调谐太赫兹吸波器，该吸波器解决了现有吸波器吸收特性固定不可调的问题，实现太赫兹吸波器的吸收峰频点与吸收率实时调节的功能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种可调谐太赫兹吸波器，包括衬底层以及固定在衬底层上的薄膜层；其中，
[0007]衬底层，在所述衬底层上开设有相互独立的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽通过流道连通，在所述第二凹槽内加工成型有超表面阵列结构，在第一凹槽中注入具有所需介电常数的液体，液体通过流道流入到第二凹槽中；
[0008]薄膜层，其密封在衬底层上以使得第一凹槽和第二凹槽形成为封闭的腔体，所述超表面阵列结构与所述薄膜层之间具有间距。
[0009]进一步地，所述衬底层由高掺杂硅制成。
[0010]进一步地，所述超表面阵列结构包括周期排布的多个梯形凸台结构，所述梯形凸台结构的横截面积随着靠近薄膜层逐渐减小，两两相邻的梯形凸台结构之间具有供液体流过的沟道。
[0011]进一步地，超表面阵列结构的结构参数为101μm数量级，通过改变其结构参数，从而改变吸波器的吸波特性。
[0012]进一步地，薄膜层与衬底层之间是通过硅氧键实现不可逆键合的。
[0013]进一步地，所述第一凹槽还与液压装置连通，所述液压装置通过管道穿过薄膜层伸入至第一凹槽中并通过控制注入至第一凹槽中液体的体积从而控制第一凹槽和第二凹槽中液体的高度进而实现调节吸波器的吸波特性。
[0014]进一步地，所述薄膜层由柔性聚合物材料制成，通过调节薄膜层的厚度也能实现调节吸波器的吸波特性。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0016]1.本专利技术解决了现有吸波器吸收特性固定不可调的问题，实现太赫兹吸波器的吸收峰频点与吸收率实时调节的功能，具体地，本专利技术不仅可以通过改变薄膜层的厚度、超表面阵列结构的结构参数改变吸波器的吸波特性，还可以通过改变超表面与薄膜层之间的液体高度实现对吸波特性的动态调节；
[0017]2.本专利技术所述的吸波器表面有一层薄膜层，该薄膜层一方面可以与衬底之间形成液压腔进行液体高度的调节，另一方面也可以保护超表面阵列结构，提高吸波器的使用寿命；
[0018]3.本专利技术所述的吸波器结构简单，采用飞秒激光的方法进行制备，易于加工且成本低廉。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例所述吸波器的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例所述吸波器的衬底层的俯视图；
[0021]图3为本专利技术实施例所述吸波器的吸波特性与液体高度的关系；
[0022]图4为本专利技术所述吸波器的吸波特性与薄膜厚度的关系。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0026]如图1所示，本专利技术提供一种可调谐太赫兹吸波器，包括衬底层2以及固定在衬底层2上的薄膜层1。其中，见图2，在衬底层2上开设有相互独立的第一凹槽10和第二凹槽11，第一凹槽10和第二凹槽11通过流道12连通，在第二凹槽11内加工成型有超表面阵列结构13，在第一凹槽10中注入具有所需介电常数的液体，液体通过流道12流入到第二凹槽11中。在本实施例中，衬底层采用厚度为360μm、掺杂浓度为6.73
×
10
17
cm
‑3的P型掺杂硅片制成。其中，第一凹槽10与流道12为液压调节区。超表面阵列结构13是亚波长周期性阵列结构，为吸波器工作区，由于该吸波器工作在太赫兹波段，所以超表面阵列结构13的结构参数为101μm数量级。当太赫兹波入射到超表面阵列结构13区域时，主要分为三个部分，包括反射波、吸收波以及透射波，它们的占比分别用反射率R、吸收率A以及透射率T表示。由于超表面阵列结构13的存在，使得超表面阵列结构区域与自由空间之间实现阻抗匹配，从而有效降低反射率，而由于硅片的厚度大于硅在太赫兹波段的趋肤深度，使得透射率为0，所以吸波器的吸收率可以表示为A＝1
‑
R＝1
‑
|S
11
|2，其中S
11
为输入反射系数，也就是输入回波损耗。吸
波器的吸波原理为：当电磁波入射到超表面阵列结构13时，亚波长结构以及特定浓度的自由电子使得超表面阵列结构13的表面产生表面等离激元共振，振荡波沿着超表面阵列结构13的表面方向传播，最终电磁波的能量被转化为电子振荡的能量耗散掉，从而实现对电磁波的吸收。
[0027]进一步的，超表面阵列结构13是使用飞秒激光在第二凹槽11的底面上加工得到的。超表面阵列结构13包括周期排布的多个梯形凸台结构130，梯形凸台结构130的横截面积随着靠近薄膜层1逐渐减小，两两相邻的梯形凸台结构130之间具有供液体流过的沟道。由于其是使用高斯光束的飞秒激光进行加工的，所以得到的沟道呈“上宽下窄”的倒梯形结构。沟道是飞秒激光沿着“S”形的路径扫描多次而成的，所以通过改变扫描路径的宽度以及扫描次数可以控制沟道结构的宽度以及深度，从而实现吸波特性的调节。除此以外，改变激光的功率以及扫描速度等参数显然也可以改变沟道的结构参数。
[0028]进一步的，将衬底层2以及薄膜层1放入氧等离子体清洗机中轰击30秒后取出，立即将二者贴合在一起并按压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调谐太赫兹吸波器，其特征在于，包括衬底层以及固定在衬底层上的薄膜层；其中，衬底层，在所述衬底层上开设有相互独立的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽通过流道连通，在所述第二凹槽内加工成型有超表面阵列结构，在第一凹槽中注入具有所需介电常数的液体，液体通过流道流入到第二凹槽中；薄膜层，其密封在衬底层上以使得第一凹槽和第二凹槽形成为封闭的腔体，所述超表面阵列结构与所述薄膜层之间具有间距。2.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹吸波器，其特征在于，所述衬底层由高掺杂硅制成。3.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹吸波器，其特征在于，所述超表面阵列结构包括周期排布的多个梯形凸台结构，所述梯形凸台结构的横截面积随着靠近薄膜层逐渐减小，两两相邻的梯形凸台结构之间具...

【专利技术属性】
技术研发人员：王度，崔恩康，雷诚，严若鹏，赵爽，刘胜，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：