一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计制造技术

本发明专利技术涉及一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计，其包括吸波超材料及温度检测装置；该吸波超材料包括具有两相对侧表面的基材，该两相对侧表面至少一侧表面上附着有多个人造微结构，太赫兹波通过该吸波超材料时被该吸波超材料吸收太赫兹波并使得该吸波超材料温度发生变化；该温度检测装置包括平面光波导温度传感器及数据处理单元，该平面光波导温度传感器用于检测吸波超材料温度，该数据处理单元用于根据吸波超材料温度的变化得出该太赫兹波功率。本发明专利技术具有检测灵敏度高、尺寸小、结构简单、利于制作集成及不受电磁干扰的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测太赫兹波的装置，尤其涉及一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计。
技术介绍
太赫兹(THz)波是频率在O.1THz到IOlTHz范围的电磁波，波长大概在30 μ m到 3mm范围，介于微波与红外线波之间，是电磁波谱中一个很重要的波段。由于受到有太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，涉及太赫兹波段的研究进展较缓慢，因此这一波段也被称为太赫兹间隙。与其它波段的电磁波相比，太赫兹波辐射源具有想干性好、光子能量低、穿透力强等独特优异的特性，所以在物理、化学和医药科学等基础研究领域，以及安全检查、环境监测、食品检查、卫星通信等应用研究领域均具有巨大的科学研究价值和广阔的应用前景。因此，研究和开发太赫兹技术及相关太赫兹器件无论对基础科学研究还是市场开发应用都有着十分重要的意义。目前太赫兹波光源、传输和检测技术不成熟。太赫兹波探测方面由于其光子量较低，背景噪声较大，给太赫兹探测带来诸多技术上的难题。现有的检测太赫兹波的装置是利用太赫兹探测器将太赫兹波信号转换为电信号，对输出电信号滤波放大后再进行测试，太赫兹信号仍然是在太赫兹波段进行检测。然而，上述现有的通过放大电信号来检测太赫兹波的装置，其检测灵敏度低、体积大、结构复杂、不能集成在一起及容易受电磁干扰。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的不足，提出一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计，其检测灵敏度高、尺寸小、结构简单、利于制作集成及不受电磁干扰。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，提出一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计，其包括吸波超材料及温度检测装置；该吸波超材料包括具有两相对侧表面的基材，该两相对侧表面至少一侧表面上附着有多个人造微结构，太赫兹波通过该吸波超材料时被该吸波超材料吸收并使得该吸波超材料温度发生变化；该温度检测装置包括平面光波导温度传感器及数据处理单元，该平面光波导温度传感器用于检测吸波超材料温度，该数据处理单元用于根据吸波超材料温度的变化得出该电磁波功率。进一步地，所述平面光波导温度传感器为平面光波导马赫-曾德尔干涉仪。进一步地，所述平面光波导马赫-曾德尔干涉仪包括激光器，用以发出激光束；第一耦合器，用以将该激光束分离为第一激光束和第二激光束第一平面光波导臂和第二平面光波导臂，为高分子材料光波导，用以分别接收并传输该第一激光束和该第二激光束；当该第一平面光波导臂 和/或该第二平面光波导臂温度发生变化时，该第一激光束和/或该第二激光束相位相应发生变化；第二耦合器，用以接收相位发生变化的该第一激光束和该第二激光束、将该相位 变化转化为光功率变化并输出该光功率变化信息；探测器，用以接收从该第二耦合器输出的该光功率变化信息并将该光功率变化信 息输出至该数据处理单元；其中，该第一平面光波导臂和该第二平面光波导臂两者之一集成于该吸波超材料 中。进一步地，该第一耦合器或/和第二耦合器为硅基二氧化硅平面光波导结构。进一步地,该基材两相对侧表面的一侧表面上附着有第一人造微结构，另一侧表 面上附着有与该第一人造微结构 对应的第二人造微结构；该第一人造微结构包括相互 垂直而连接成“十”字形的两个第一金属分支，分别连接在该第一金属分支两端且垂直于该 第一金属分支的第二金属分支；该第二人造微结构由一边具有缺口的四边形状的第三金属 分支构成。进一步地，该人造微结构包括第一金属分支，该第一金属分支构成一边具有缺口 的四边形状；一端设于该缺口相对的四边形边上并向该缺口延伸且突出该缺口的第二金属 分支；垂直于该第二金属分支另一端的第三金属分支。进一步地，该基材为片状基材，该吸波超材料由附着有多个该人造微结构的该片 状基材叠加而成。进一步地,该基材由高分子聚合物、陶瓷、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。进一步地，多个该人造微结构为周期排列，并通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻、 离子刻附着于该基材两相对侧表面至少一侧表面上。进一步地，所述平面光波导温度传感器可为由微环谐振腔制作的温度传感器。综上所述，本专利技术通过将吸波超材料与温度检测装置结合起来，温度检测装置能 精确、及时地测量吸波超材料将太赫兹波能量转化为热能所产生的温度变化，从而精确测 量电磁波的功率，具有其检测灵敏度高、尺寸小、结构简单、利于制作集成及不受电磁干扰 的优点。附图说明图1为本专利技术一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计吸波超材料第一 实施方式立体结构示意图2、图3分别为图1所示吸波超材料的第一人造微结构和第二人造微结构的拓扑 结构示意图4为本专利技术一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计吸波超材料第二 实施方式立体结构示意图5为图4所示吸波超材料人造微结构拓扑结构示意图6为图5所示人造微结构分别响应电场和磁场的分解原理图7为本专利技术一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计结构示意图8为本专利技术一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计采用平面光波导 马赫-曾德尔干涉仪的结构示意图。具体实施方式吸波材料是指能够将入射的电磁波能量转换为热能或其它形式的能量而耗散掉的一种材料。吸波材料的基本物理原理是材料对入射电磁波实现有效吸收，将电磁波能量转换并耗散掉，该材料应具备两个特性即阻抗匹配特性和衰减特性。阻抗匹配特性是指从自由空间入射到吸波材料表面的电磁波被吸波材料表面反射而形成的反射特性。理想的吸波材料要达到完美阻抗匹配特性时应使得从自由空间入射的电磁波在理想吸波材料表面形成零反射，即电磁波全部进入理想吸波材料内部。由于自由空间阻抗Z= 1，根据公式Z= 可知，当该吸波材料的相对介电常数ε和相对磁导率μ相等时即可达到理想阻抗匹配特性。其中由于吸波材料存在损耗，所以相对介电常数ε = ε ’-j ε ”，相对磁导率μ =μ’-jy”。衰减特性是指进入材料内部的电磁波产生损耗而被吸收的现象，损耗大小可用电损耗因子tan δ e = ε ” / ε ’和磁损耗因子tan δ m = μ ” / μ ’来表征。 吸波材料吸收电磁波能量所产生的热能能改变材料自身的温度。吸波材料吸收电磁波时产生的热能大小由电磁波的功率所决定，其与电磁波的频率无关。因此在根据所要吸收电磁波的频率确定吸波材料整体的结构以后即能利用该吸波材料测定该电磁波的功率。目前常用的传统吸波材料有铁氧体、导电高聚物材料、碳纤维材料、炭黑等。此类传统吸波材料主要是利用不同物质的混合配比达到吸收一定频段电磁波的目的，此类传统吸波材料就需要针对不同频率的电磁波进行配比和实验，需要耗费极大的时间和成本。超材料是由具有一定图案形状的人造微结构按照特定方式周期排列于基材中而构成。人造微结构不同的图案形状和排列方式使得超材料具有不同的介电常数和不同的磁导率从而使得超材料具有不同的电磁响应。根据设计需要，超材料需要实现吸波功能。而改变人造微结构的图案和排布方式也可改变吸波超材料所能吸收电磁波的频率。人造微结构的图案和排布方式所对应的电磁波频率可由计算机仿真得到，省去了传统吸波材料为适应电磁波频率的改变而需要配比不同物质的时间成本和人力成本，且超材料整体均采用常规材料制成、成本低廉。下面结合附图详细描述两种具有良好吸波性能和电磁参数调节方便、成本低廉的吸波超材料实施方式。如图1、图2、图3所示，图1为本专利技术一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计，其特征在于：包括吸波超材料及温度检测装置；该吸波超材料包括具有两相对侧表面的基材，该两相对侧表面至少一侧表面上附着有多个人造微结构，太赫兹波通过该吸波超材料时被该吸波超材料吸收并使得该吸波超材料温度发生变化；该温度检测装置包括平面光波导温度传感器及数据处理单元，该平面光波导温度传感器用于检测吸波超材料温度，该数据处理单元用于根据吸波超材料温度的变化得出该太赫兹波功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计，其特征在于包括吸波超材料及温度检测装置；该吸波超材料包括具有两相对侧表面的基材，该两相对侧表面至少一侧表面上附着有多个人造微结构，太赫兹波通过该吸波超材料时被该吸波超材料吸收并使得该吸波超材料温度发生变化；该温度检测装置包括平面光波导温度传感器及数据处理单元，该平面光波导温度传感器用于检测吸波超材料温度，该数据处理单元用于根据吸波超材料温度的变化得出该太赫兹波功率。2.根据权利要求1所述的基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计，其特征在于所述平面光波导温度传感器为平面光波导马赫-曾德尔干涉仪。3.根据权利要求2所述的基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计，其特征在于所述平面光波导马赫-曾德尔干涉仪包括 激光器，用以发出激光束； 第一稱合器，用以将该激光束分离为第一激光束和第二激光束； 第一平面光波导臂和第二平面光波导臂，为高分子材料光波导，用以分别接收并传输该第一激光束和该第二激光束；当该第一平面光波导臂和/或该第二平面光波导臂温度发生变化时，该第一激光束和/或该第二激光束相位相应发生变化； 第二耦合器，用以接收相位发生变化的该第一激光束和该第二激光束、将该相位变化转化为光功率变化并输出该光功率变化信息； 探测器，用以接收从该第二耦合器输出的该光功率变化信息并将该光功率变化信息输出至该数据处理单元； 其中，该第一平面光波导臂和该第二平面光波导臂两者之一集成于该吸波超材料中。4.根据权利要求3所述的基于平面光传感与超材料的太赫兹热辐射计，其特征在于该第一稱合器或/和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，徐冠雄，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：