一种基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件制造技术

一种基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件，涉及一种太赫兹可调谐多功能器件。本发明专利技术基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件由四层结构组成，从底层至顶层依次为介质衬底层，二氧化钒层、介质层、金属铝与二氧化钒混合谐振层；金属铝与二氧化钒混合谐振层由4个N型金属、金属条和4个二氧化钒带组成，金属条两侧分别设置有两个N型金属，金属条同侧的两个N型金属的开口相对，二氧化钒带设置在每个N型金属的开口处。本发明专利技术提供一种基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件，通过温度调节二氧化钒的电导率能够实现在宽带吸收和宽带电磁诱导透明两种功能之间的自由切换、以及吸收和透射效率的动态调节。效率的动态调节。效率的动态调节。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件


[0001]本专利技术涉及一种太赫兹可调谐多功能器件。

技术介绍

[0002]太赫兹(terahertz，THz)波是指在0.1～10THz频率范围内，介于微波与红外光之间的电磁波，由于其独特的光学性质，使其在宽带通信、生物成像和安全检测等领域存在着广泛的应用前景。超材料(metamaterial)是一种人工介质材料，能够产生许多天然材料所不具备的电磁特性，近年来引起了很多研究兴趣，获得了许多新颖的电磁现象，如完美透镜，隐形斗篷和完美吸波器等。对于太赫兹超材料器件，国内外研究人员已设计出很多模型，仿真验证能够完成电磁诱导透明、吸收器、相位调制等功能的设计。然而，当前大多的超材料器件功能相对单一，其功能难以根据需求进行调谐，会限制其应用范围，因而具有多功能的可调谐太赫兹超材料器件设计成为了新的研究热点。
[0003]目前，随着二氧化钒(VO2)、石墨烯等可调谐材料的出现，为设计可调谐的太赫兹多功能器件提供了新的思路。其中，二氧化钒(VO2)是一种典型的可逆相变材料，其在常温下为绝缘态，当温度达到68℃后相变为金属态。相变使VO2的电导率发生了近四个数量级的变化，而且温度下降后VO2可以由金属态变回到绝缘态。这种相变材料不仅可以通过热激励，还可以通过电激励和光泵浦等多种操控方式使其发生相变，这使得VO2成为了设计可调谐超材料的理想材料。但之前的研究大多集中在单一种功能上，一旦样品制作完成，就很难改变其性能。因此，有必要进一步研究多功能可调谐超材料器件。
专利技术内容
[0004]本专利技术提供一种基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件，通过温度调节二氧化钒的电导率能够实现在宽带吸收和宽带电磁诱导透明两种功能之间的自由切换、以及吸收和透射效率的动态调节。
[0005]本专利技术基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件由四层结构组成，从底层至顶层依次为介质衬底层，二氧化钒层、介质层、金属铝与二氧化钒混合谐振层；金属铝与二氧化钒混合谐振层由4个N型金属、金属条和4个二氧化钒带组成，金属条两侧分别设置有两个N型金属，金属条同侧的两个N型金属的开口相对，二氧化钒带设置在每个N型金属的开口处。
[0006]本专利技术原理及有益效果为：
[0007]本专利技术中，二氧化钒的电导率可以通过光、温度、电压多种方式实现10～200000S/m之间的改变。当二氧化钒的电导率为10S/m时，二氧化钒为绝缘相，二氧化钒与介质衬底层和介质层共同构成衬底；金属铝与二氧化钒混合谐振层中金属条和4个N型金属所组成的混合结构作为谐振单元，其中金属条作为明模式，而4个N型金属作为暗模式。当线性极化且极化方向为y方向的入射电磁波垂直入射器件表面时将产生明暗耦合得到电磁诱导透明(EIT)现象。当二氧化钒的电导率为200000S/m时，二氧化钒表现为金属相；由于二氧化钒层的厚度大于其在太赫兹频率下的最大趋肤深度，此时该器件的透射率几乎为0。顶层金属铝
与二氧化钒混合谐振层、第三层介质层及第二层金属相二氧化钒层共同构成吸收器结构。当线性极化且极化方向为y方向的入射电磁波垂直入射器件表面时，将在较宽的频率内产生吸波功能。因此，通过调节VO2的电导率，可以在较宽频率内进行电磁诱导透明与吸收功能的切换，实现器件的可调谐特性，能够通过对主动调谐材料的调控实现宽带吸收与宽带电磁诱导透明之间的功能切换；当VO2的电导率为10S/m时，该器件在1.03
‑
1.37THz范围内产生电磁诱导透明峰，且透射率在90％以上。当VO2的电导率为200000S/m，该器件在0.9
‑
1.8THz范围内产生吸收峰，且吸收率在90％以上。
[0008]本专利技术利用二氧化钒的相变特性设计了具有吸收与电磁诱导功能的多层套构结构，并通过二氧化钒带对顶层谐振单元进行重构、以及添加第1层介质衬底层增加衬底厚度等方法实现良好的宽带吸收和电磁诱导透明特性，为多功能器件的设计提供了新思路。
附图说明
[0009]图1是实施例1中基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件的结构示意图；
[0010]图2是实施例1中基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件的金属铝与二氧化钒混合谐振层的结构示意图；
[0011]图3为实施例1器件作为吸收器时的吸收曲线；
[0012]图4为实施例1器件作为电磁诱导透明器时的透射曲线；
[0013]图5是宽带吸收模式下不同谐振频点的电场分布图；
[0014]图6是宽带电磁诱导透明模式下耦合机理图；
[0015]图7为二氧化钒电导率从200000S/m变化到7000S/m时吸收率的变化曲线；
[0016]图8为二氧化钒电导率从10S/m变化到200000S/m时透射率的变化曲线。
具体实施方式
[0017]本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
[0018]具体实施方式一：本实施方式基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件由四层结构组成，从底层至顶层依次为介质衬底层1，二氧化钒层2、介质层3、金属铝与二氧化钒混合谐振层；金属铝与二氧化钒混合谐振层由4个N型金属4、金属条5和4个二氧化钒带6组成，金属条5两侧分别设置有两个N型金属4，金属条5同侧的两个N型金属4的开口相对，二氧化钒带6设置在每个N型金属4的开口处，二氧化钒带6两端与N型金属4连接。
[0019]本实施方式具备以下有益效果：
[0020]本实施方式中，二氧化钒的电导率可以通过光、温度、电压多种方式实现10～200000S/m之间的改变。当二氧化钒的电导率为10S/m时，二氧化钒为绝缘相，二氧化钒与介质衬底层1和介质层3共同构成衬底；金属铝与二氧化钒混合谐振层中金属条5和4个N型金属4所组成的混合结构作为谐振单元，其中金属条5作为明模式，而4个N型金属4作为暗模式。当线性极化且极化方向为y方向的入射电磁波垂直入射器件表面时将产生明暗耦合得到电磁诱导透明(EIT)现象。当二氧化钒的电导率为200000S/m时，二氧化钒表现为金属相；由于二氧化钒层2的厚度大于其在太赫兹频率下的最大趋肤深度，此时该器件的透射率几乎为0。顶层金属铝与二氧化钒混合谐振层、第三层介质层3及第二层金属相二氧化钒层2共
同构成吸收器结构。当线性极化且极化方向为y方向的入射电磁波垂直入射器件表面时，将在较宽的频率内产生吸波功能。因此，通过调节VO2的电导率，可以在较宽频率内进行电磁诱导透明与吸收功能的切换，实现器件的可调谐特性，能够通过对主动调谐材料的调控实现宽带吸收与宽带电磁诱导透明之间的功能切换；当VO2的电导率为10S/m时，该器件在1.03
‑
1.37THz范围内产生电磁诱导透明峰，且透射率在90％以上。当VO2的电导率为200000S/m，该器件在0.9
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1.8THz范围内产生吸收峰，且吸收率在90％以上。
[0021]本实施方式利用二氧化钒的相变特性设计了具有吸收与电磁诱导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件，其特征在于：基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件由四层结构组成，从底层至顶层依次为介质衬底层(1)，二氧化钒层(2)、介质层(3)、金属铝与二氧化钒混合谐振层；金属铝与二氧化钒混合谐振层由4个N型金属(4)、金属条(5)和4个二氧化钒带(6)组成，金属条(5)两侧分别设置有两个N型金属(4)，金属条(5)同侧的两个N型金属(4)的开口相对，二氧化钒带(6)设置在每个N型金属(4)的开口处。2.根据权利要求1所述的基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件，其特征在于：所述金属条(5)的材质为纯铝。3.根据权利要求1所述的基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件，其特征在于：所述N型金属(4)的材质为纯铝。4.根据权利要求1所述的基于二氧化钒的太赫兹可调谐多功能器件，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅金硕，宫大刚，李年超，施袁超，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：