CN103280635A - 太赫兹场效应增强系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称是太赫兹场效应增强系统，是一种能够使入射的太赫兹波场的能量进行重新分布的光学系统。该系统利用具有负介电常数和负磁导率的微谐振环阵列，达到对入射太赫兹波场能量的调控，实现场在特定区域的局部增强效应。该效应能够广泛应用于太赫兹通讯、雷达等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以对太赫兹波实现能量增强的系统。本发明利用微型谐振环（诸如Ω形和Fishnet结构），对太赫兹波场的能量进行重新分布，能出现局域增强的效应，该效应能够在未来的太赫兹通讯、雷达等领域有广泛的应用。
背景技术
太赫兹（Terahertz）波是指其频率范围在0.1~10THz，波长在30~3000μm的电磁波波段。它在波谱中位于红外线和微波之间，长期以来，因为其波源及成像问题未能充分解决，致使这一频段成为人类目前尚未完全研究开发的电磁波“空隙区”。太赫兹波所具有的特殊性质，如穿透性、低能性、宽带性等，使其在安检、医疗、通讯、天文及质量检测方面具有广阔的应用前景，极具研究价值。基于微型谐振环结构的左手材料，在太赫兹频段具有良好的光学特性，而且易于制造，因此极具研究应用价值。所谓的左手材料是指材料的介电常数和磁导率同时为负，因此折射率也为负数的材料，由20世纪60年代前苏联科学家Veselago最先提出。近年来，随着人们对左手材料电磁特性的逐渐熟悉，关于其在微波、太赫兹波以及光波波段的应用研究越来越多。尤其是左手材料在各种微波元器件和天线中的应用成为近年来左手材料研究的热点领域，这种新型材料的使用可以大大改善器件的性能，缩小其体积等。
发明内容
为了弥补太赫兹波能量偏低、转化效率不高的致命弱点，我们提出一种能够对太赫兹波场的能量进行重新分布，实现局部区域能量会聚效应的系统。该系统通过微型谐振环（诸如Ω形和Fishnet结构）阵列实现对入射太赫兹波场能量进行重新分布。
本发明的技术方案是：在太赫兹场效应增强系统中有一个微型谐振环结构组成的阵列，谐振环可以为Ω形或Fishnet结构。其中，Ω形谐振环采用砷化镓-金属环-砷化镓叠加的三层结构，圆环部分为开口谐振环；Fishnet结构采用砷化镓-金属层-砷化镓三层结构，其中的金属层可以看作是两个十字形的金属层相互叠加而成。当太赫兹波在该系统中传输时，波场能量会发生重新分布，从而实现局部场增强效应。
本发明同现有的能够对太赫兹波场进行调控的系统相比，能够实现对太赫兹波场能量局部增强效果，增加其频点的范围，从而实现对太赫兹波场更加有效的调制和操控。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的装置示意图。
图2是太赫兹场效应增强系统第一个实施例的示意图。
图3是太赫兹场效应增强系统第二个实施例的示意图。
图4是第一个实施例的模拟结果。
图5是第二个实施例的模拟结果。
图1中1场效应增强系统装置，是一个微谐振环阵列。
图2中1 Ω形谐振环。
图3中1 Fishnet结构。
图4中是单层Ω形谐振环区域内的太赫兹波场的空间分布示意图，1 电场分布，2 磁场分布。
图5中是Fishnet结构金属层上的太赫兹波场的空间分布示意图，1 电场分布，2 磁场分布。
具体实施例：
在图2所示的实施例一中，我们采用的是Ω形谐振环，电场沿着y轴方向振荡，磁场则沿着x轴方向振荡。从图4可以看出，谐振环金属条附近的电场强度大于磁场强度，且金属条附近的电场相对其它区域明显要强得多，这在Ω形谐振环的开口处表现得更为明显。这可从电磁场的传输线理论得到解释：因为谐振环的开口相当于一个电容，电场在Ω形谐振环区域内传输振荡的过程可以看作是对电容的充放电过程，电场强度会在电容的两极间（介质折射率突变区域）出现最大值，并且主要在Ω形谐振的低频部分发生LC振荡，电感主要是由环形金属条产生，从而导致磁场会在环形金属条两侧出现极值。
在图3所示的实施例二中，我们采用的是Fishnet结构。从图5可以看出，在共振峰的峰位处，电场和磁场的分布都是关于x对称，不同的是，电场的极值出现在大十字架的上下四个角，而磁场的极值则是出现在小十字架的上下两端点。根据传输线理论，可对这一现象作出解释：因为电场的振荡方向沿着y轴，因此在金属层中的感应电流也是沿着y轴方向，此时电流会从大十字架中汇聚到小十字架末端，或者由小十字架进入大十字架，电流强度相等，但是由于截面的变化，导致前后的电流密度变化，因而形成了分布电容。这也就是电场的极值会出现在大小十字架上下两端的端点之间的原因。同样根据等效模型，磁场的振荡方向沿着x 轴，所以感应电流会在金属层的两个面垂直于磁场分布，即沿着y轴方向。电流汇聚到小十字架末端，电流密度增加，因此感应电场较强。这就是磁场分布的极值会出现在小十字架的末端部分的原因。
Claims (3)
1.一种可以对入射太赫兹波场的能量进行重新分布，从而实现能量局部增强的光学系统，其主要装置是一个微谐振环阵列，其特征是：太赫兹波场进入微谐振环阵列，由于谐振环的左手特性，能够在结构内部特定区域实现波场能量的局部增强。
2.根据权利要求1所述的微谐振环阵列，其特征是：微谐振环可以是Ω形，也可以是Fishnet结构，其具有左手特性，即具有负介电常数和负磁导率。
3.根据权利要求2所述的微谐振环，其特征是：Ω形谐振环采用砷化镓-金属环-砷化镓叠加的三层结构；Fishnet结构采用砷化镓-金属层-砷化镓三层结构，其中的金属层可以看作是两个十字形的金属层相互叠加而成。
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Publications (1)
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102427150A (zh) * | 2011-08-09 | 2012-04-25 | 电子科技大学 | 一种具有三谐振吸收峰的太赫兹波段超颖材料 |
| CN102769205A (zh) * | 2012-07-24 | 2012-11-07 | 电子科技大学 | 一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法 |
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2013
- 2013-04-28 CN CN2013101540286A patent/CN103280635A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 丁佩: "亚波长金属周期结构的负折射和局域场增强效应的研究", 《博士学位论文全文数据库》, 15 May 2011 (2011-05-15) * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130904 |