一种基于闭环超材料的太赫兹隔离器和隔离性能测试系统技术方案

本发明专利技术涉及隔离器技术领域，特别涉及一种基于闭环超材料的太赫兹隔离器和隔离性能测试系统。本发明专利技术实施例提供了一种基于闭环超材料的太赫兹隔离器，包括闭环超材料和偏振器；闭环超材料包括多个周期单元，周期单元沿互相垂直的相邻单元边缘所在的两个方向周期排列形成超材料；周期单元为包括两个正方形面的长方体，沿厚度方向依次包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，第二介质层和第三介质层朝向第一介质层的面均设置有闭环金属层；偏振器用于透射偏振方向与线栅的线垂直的偏振光，反射偏振方向与线栅的线平行的偏振光。本发明专利技术实施例提供了一种基于闭环超材料的太赫兹隔离器和其对太赫兹波隔离性能的测试系统，能够提供一种隔离太赫兹电磁波的隔离器。供一种隔离太赫兹电磁波的隔离器。供一种隔离太赫兹电磁波的隔离器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于闭环超材料的太赫兹隔离器和隔离性能测试系统


[0001]本专利技术涉及隔离器
，特别涉及一种基于闭环超材料的太赫兹隔离器和隔离性能测试系统。

技术介绍

[0002]隔离器件主要用于器件单元间的级间隔离、阻抗匹配、去耦合，防止系统中反射回波和散射造成有源器件的损坏，减少回波带来的附加噪声，从而提高系统稳定性、可靠性。
[0003]在太赫兹光学传输、通讯、雷达探测系统中常常需要克服背向反射光的干扰，因此迫切需要一种针对太赫兹传输的隔离器予以保证太赫兹波的单向高效传输。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种基于闭环超材料的太赫兹隔离器和隔离性能测试系统，能够提供一种隔离反射回来的太赫兹电磁波的隔离器。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于闭环超材料的隔离器，包括闭环超材料和偏振器；
[0006]所述闭环超材料包括多个周期单元，所述周期单元沿互相垂直的相邻单元边缘所在的的两个方向周期排列形成超材料；
[0007]所述周期单元为包括两个正方形面的长方体，沿厚度方向依次包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，所述第二介质层和所述第三介质层朝向所述第一介质层的面均设置有闭环金属层，所述闭环金属层包括呈长方形的金属环和设置在所述金属环内部的两个T型金属片，所述T型金属片包括互相垂直的第一金属臂和第二金属臂，所述第二金属臂的一端与所述第一金属臂的中点连接，另一端与所述金属环的长臂的中点连接；
[0008]闭环超材料用于将线偏振光转化为圆偏振光或将圆偏振光转化为线偏振光；
[0009]所述偏振器包括线栅，所述线栅包括在同一平面互相平行的多条线，所述线栅的每一条线均与所述闭环超材料的周期单元的对角线平行，所述偏振器用于透射偏振方向与所述线栅的线垂直的偏振光，反射偏振方向与所述线栅的线平行的偏振光；
[0010]太赫兹电磁波入射到所述偏振器，太赫兹电磁波通过所述偏振器形成第一线偏振光，所述第一线偏振光通过所述闭环超材料形成第一圆偏振光，所述第一圆偏振光被后续光学器件反射后形成第二圆偏振光，第二圆偏振光通过所述闭环超材料后形成第二线偏振光，所述第一线偏振光和所述第二线偏振光的偏振方向垂直，所述第一圆偏振光和所述第二圆偏振光围绕传播方向的旋转方向相反，所述第二线偏振光的偏振方向与所述线栅的线平行，无法通过所述偏振器，被所述偏振器反射以将太赫兹电磁波隔离，防止反射的太赫兹电磁波影响入射光源。
[0011]在一种可能的设计中，所述周期单元的正方形面的边长为40～50μm，所述第一介质层的厚度为3～7μm，所述第二介质层的厚度为10～15μm，所述第三介质层的厚度为6～10μm，所述闭环金属层的厚度为180～220nm；
[0012]所述第一金属臂、所述第二金属臂和所述金属环的宽度同为2～4μm，所述第一金属臂的长度为8～12μm，两个所述第一金属臂之间距离1～3μm，所述金属环的长为29～31μm，所述金属环的宽为22～24μm。
[0013]在一种可能的设计中，所述闭环金属层的制备材料包括金；
[0014]所述第一介质层、所述第二介质层和所述第三介质层的制备材料包括聚酰亚胺。
[0015]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种隔离性能测试系统，基于上述第一方面中任一项所述的太赫兹隔离器，包括两个所述隔离器，两个所述隔离器的所述闭环超材料在同一光轴上依次放置；
[0016]太赫兹电磁波入射到一个所述偏振器，透射后形成所述第一线偏振光，所述第一线偏振光穿过一个所述闭环超材料后形成所述第一圆偏振光，所述第一圆偏振光穿过另一个所述闭环超材料后形成所述第二线偏振光，所述第二线偏振光和所述第一线偏振光的偏振方向垂直，所述第二线偏振光被另一个偏振器反射出光路；
[0017]测量反射出光路的所述第二线偏振光与入射光的光强比即可知道隔离效果，所述第一线偏振光的线偏振方向为所述闭环超材料的周期单元的对角线方向，通过测试经过两个所述隔离器的电磁波透射率得到隔离度。
[0018]在一种可能的设计中，所述闭环超材料正方形面两个相邻边的方向分别为第一方向和第二方向，分别测试所述第二线偏振光在所述第一方向和所述第二方向上的透射率，对两个所述透射率求平均计算得到沿所述闭环超材料的周期单元的对角线方向的插入损耗。
[0019]在一种可能的设计中，所述线栅的线的直径为8～12μm，所述线栅的线之间的间隔为25～35μm。
[0020]在一种可能的设计中，所述线栅的线的制备材料为钨线。
[0021]在一种可能的设计中，通过调节太赫兹电磁波的入射角以微调所述系统的插入损耗、隔离度和阻挡带宽。
[0022]在一种可能的设计中，通过调节所述金属环的长度、宽度，第一金属臂和第二金属臂长度，第一介质层、第二介质层和第三介质层的厚度以调节所述系统的插入损耗、隔离度和阻挡带宽。
[0023]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0024]在本实施例中，由于自然界本身缺乏在太赫兹波段具有旋磁或旋电响应的磁光材料，本专利技术提供了一种人工闭环超材料，能够在太赫兹波段具有旋磁或旋电响应。本专利技术提供的闭环超材料由多个周期排列的周期单元构成，周期单元的横截面为正方形，周期单元沿正方形垂直的相邻两边以边长为周期进行排列形成超材料。周期单元由沿厚度方向依次叠加的第一介质层、第二介质层和第三介质层组成，第二介质层和第三介质层朝向第一介质层的面均设置有闭环金属层，这两层闭环金属层上下完全对齐。设置有闭环金属层的周期单元形成的超材料在太赫兹电磁波通过时，能够改变太赫兹电磁波的偏振状态。具体地，闭环金属层包括呈长方形的金属环和设置在金属环内部的两个T型金属片，T型金属片包括互相垂直的第一金属臂和第二金属臂，第二金属臂的一端与第一金属臂的中点连接，另一端与金属环的长臂的中点连接，太赫兹电磁波穿过超材料时，沿第二金属臂延伸方向的太赫兹电场分量增加了相位，从而改变太赫兹电磁波的偏振状态。
[0025]在本实施例中，线栅的延伸方向与超材料的周期单元的对角线平行，偏振光在y和x方向(超材料的正方形面的两条相邻边方向)分解为两束振幅相等、相位相同的线偏振光，经过超材料后，在1.5THz附近，两个方向的透射率接近，超材料使y方向的偏振光超前90
°
，线偏振光转化为左旋圆偏振光，左旋圆偏振光通过反射单元变为右旋圆偏振光，右旋圆偏振光经过超材料后形成135
°
方向偏振的线偏振光，被偏振器反射出光路。
附图说明
[0026]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。
[0027]图1是本专利技术实施例提供的一种太赫兹隔离器的应用结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例提供的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于闭环超材料的太赫兹隔离器，其特征在于，包括闭环超材料和偏振器；所述闭环超材料包括多个周期单元，所述周期单元沿互相垂直的相邻单元边缘所在的两个方向周期排列形成超材料；所述周期单元为包括两个正方形面的长方体，沿厚度方向依次包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，所述第二介质层和所述第三介质层朝向所述第一介质层的面均设置有闭环金属层，所述闭环金属层包括呈长方形的金属环和设置在所述金属环内部的两个T型金属片，所述T型金属片包括互相垂直的第一金属臂和第二金属臂，所述第二金属臂的一端与所述第一金属臂的中点连接，另一端与所述金属环的长臂的中点连接；闭环超材料用于将线偏振光转化为圆偏振光或将圆偏振光转化为线偏振光；所述偏振器包括线栅，所述线栅包括在同一平面互相平行的多条线，所述线栅的每一条线均与所述闭环超材料的所述周期单元的对角线平行，所述偏振器用于透射偏振方向与所述线栅的线垂直的偏振光，反射偏振方向与所述线栅的线平行的偏振光；太赫兹电磁波入射到所述偏振器，太赫兹电磁波通过所述偏振器形成第一线偏振光，所述第一线偏振光通过所述闭环超材料形成第一圆偏振光，所述第一圆偏振光被后续光学器件反射后形成第二圆偏振光，第二圆偏振光通过所述闭环超材料后形成第二线偏振光，所述第一线偏振光和所述第二线偏振光的偏振方向垂直，所述第一圆偏振光和所述第二圆偏振光围绕传播方向的旋转方向相反，所述第二线偏振光的偏振方向与所述线栅的线平行，无法通过所述偏振器，被所述偏振器反射以将太赫兹电磁波隔离，防止反射的太赫兹电磁波影响入射光源。2.根据权利要求1所述的隔离器，其特征在于，所述周期单元的正方形面的边长为40～50μm，所述第一介质层的厚度为3～7μm，所述第二介质层的厚度为10～15μm，所述第三介质层的厚度为6～10μm，所述闭环金属层的厚度为180～220nm；所述第一金属臂、所述第二金属臂和所述金属环的宽度同为2～4μm，所述第一金属臂的长度为8～12μm，两...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金海，刘永强，张旭涛，蔡禾，朱先立，孙旺，李进春，李粮生，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：