CN108333803B - 一种可调太赫兹超材料吸收器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调太赫兹超材料吸收器。它包括基底层、下电介质层、液晶材料层、上电介质层和金属圆盘谐振器阵列层；基底层为二硫化钼膜层，二硫化钼膜层的上层为下电介质层，下电介质层上层为液晶材料层，液晶材料层上层为上电介质层，上电介质层的上层为金属圆盘谐振器阵列层；金属谐振器阵列层由3×3个金属圆盘和椭圆盘组成的互补单元结构排列组成，在每个互补单元结构结构，圆盘位于中心，并且被四个椭圆盘围绕；太赫兹信号从吸收器上方垂直输入；通过给上下两个电介质层施加电压来改变液晶的折射率，从而使吸收器的吸收峰发生偏移，实现可调功能。本发明有结构简单紧凑、吸收性能好，太赫兹波吸收原理新颖，尺寸小，易加工等优点。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹波吸收器，尤其涉及一种可调太赫兹超材料吸收器。
背景技术
近年来，在电磁波谱上介于发展已相当成熟的毫米波和红外光之间的太赫兹波无疑是一个崭新的研究领域。太赫兹波频率0.1～10THz，波长为30μm～3mm。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测方法，与传统的微波技术和光学技术相比较，人们对该波段电磁辐射性质的了解甚少，以至于该波段成为了电磁波谱中的太赫兹空隙。随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹独特的优越特性被发现并在材料科学、气体探测、生物和医学检测、通信等方面展示出巨大的应用前景。可以说太赫兹技术科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题，又是新一代信息产业以及基础科学发展的重大需求。高效的太赫兹辐射源和成熟的检测技术是推动太赫兹技术科学发展和应用的首要条件，但太赫兹技术的广泛应用离不开满足不同应用领域要求的实用化功能器件的支撑。目前，太赫兹波段电磁超材料的研究取得了重要理论和实验成果，基于电磁超材料优良性能的太赫兹开关、调制器、移相器、传感器、探测器、滤波器和吸收器等功能器件的需求是迫切的。
太赫兹波吸收器是一类重要的太赫兹波功能器件，它对太赫兹技术的发展有着不可估量的作用。目前的吸收器基本都是单频点或者双频点吸收，多频点吸收的吸收器较匮乏，特别是可调多频点吸收就更加缺乏。而且目前存在的吸收器的基本都是用金属作为基底，实现太赫兹波的绝对反射。与上述吸收器不同，本发明提出了一种以二硫化钼为基底且具有可调性能的多频带太赫兹波吸收器。本发明具有结构简单紧凑、吸收性能好，太赫兹波吸收原理新颖，尺寸小，易加工等优点。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种可调太赫兹超材料吸收器。本发明所采用的具体技术方案如下：
可调太赫兹超材料吸收器，它包括基底层、下电介质层、液晶材料层、上电介质层和金属圆盘谐振器阵列层；基底层为二硫化钼膜层，二硫化钼膜层的上层为下电介质层，下电介质层上层为液晶材料层，液晶材料层上层为上电介质层，上电介质层的上层为金属圆盘谐振器阵列层；金属圆盘谐振器阵列层由3×3个互补单元结构排列组成，每个互补单元结构均由金属圆盘和椭圆盘组成的，在每个互补单元结构中，圆盘位于中心，并且被四个椭圆盘围绕，同一个互补单元结构中相邻两个椭圆盘的长轴垂直；相邻两个互补单元结构之间存在一个共用的椭圆盘。通过给上下两个电介质层施加电压来改变液晶的折射率，从而使吸收器的吸收峰发生偏移，实现可调功能。
基于上述方案，可进一步采用如下优选方式：
所述的金属圆盘谐振器阵列层的材料为铜，厚度为0.2μm；位于每个互补单元结构中心的金属圆盘的半径为36μm，位于四周的椭圆的短轴长为25μm，长轴长为55μm，互补单元结构呈矩形阵列排布，排列周期(横向或纵向相邻的两个金属圆盘圆心之间的距离)为130μm。所述的上电介质层的长度和宽度都为440μm，厚度为1μm。所述的下电介质层的长度和宽度都为440μm，厚度为1μm。所述的液晶材料层长度和宽度都为440μm，厚度为3.3μm。所述的基底层材料为二硫化钼，长度和宽度都为440μm，厚度为8μm。
本发明有结构简单紧凑、吸收性能好，太赫兹波吸收原理新颖，尺寸小，易加工等优点。其他具体优点将通过具体实施方式进行说明。
附图说明：
图1是一种可调太赫兹超材料吸收器左截面示意图；
图2是一种可调太赫兹超材料吸收器俯视图；
图3是一种可调太赫兹超材料吸收器三波段吸收性能曲线图。
具体实施方式
如图1～2所示，一种可调太赫兹超材料吸收器，它包括基底层1、下电介质层2、液晶材料层3、上电介质层4和金属圆盘谐振器阵列层5；基底层1为二硫化钼膜层，二硫化钼膜层的上层为下电介质层2，下电介质层2上层为液晶材料层3，液晶材料层3上层为上电介质层4，上电介质层4的上层为金属圆盘谐振器阵列层5；金属圆盘谐振器阵列层5由3×3个互补单元结构排列组成，每个互补单元结构均由金属圆盘和椭圆盘组成的，在每个互补单元结构中，圆盘位于中心，并且被四个椭圆盘围绕，同一个互补单元结构中相邻两个椭圆盘的长轴垂直；横向或纵向相邻两个互补单元结构之间存在一个共用的椭圆盘。太赫兹信号从吸收器上方垂直输入；通过给上下两个电介质层施加电压来改变液晶的折射率，从而使吸收器的吸收峰发生偏移，实现可调功能。
实施例1
本实施例中，基于液晶的一种可调太赫兹超材料吸收器各部件形状如上所述(图1～2)，因此不再赘述。但各部件的具体参数如下：金属圆盘谐振器阵列层5的材料为铜，厚度为0.2μm；位于每个互补单元结构中心的金属圆盘的半径为36μm，位于四周的椭圆的短轴长为25μm，长轴长为55μm，互补单元结构呈矩形阵列排布，排列周期为130μm。上电介质层4的长度和宽度都为440μm，厚度为1μm。下电介质层2的长度和宽度都为440μm，厚度为1μm。液晶材料层3长度和宽度都为440μm，厚度为3.3μm。基底层1材料为二硫化钼，长度和宽度都为440μm，厚度为8μm。基于液晶的该可调太赫兹超材料吸收器的各项性能指标采用COMSOLMultiphysics软件进行测试。太赫兹信号从吸收器上方垂直输入，图3是基于液晶可调三波段太赫兹超材料吸收器三波段吸收性能曲线图，可以看在没有施加电压时，既液晶的折射率为n0时，吸收器的三个吸收峰分别位于1.08THz、1.48THz、1.93THz处；当在上下电介质层间施加电压时，既液晶的折射率为ne时，吸收器的三个吸收峰分别位于0.97THz、1.46THz、1.72THz处，实现了可调功能。
Claims (6)
1.一种可调太赫兹超材料吸收器，其特征在于它包括基底层（1）、下电介质层（2）、液晶材料层（3）、上电介质层（4）和金属圆盘谐振器阵列层（5）；基底层（1）为二硫化钼膜层，二硫化钼膜层的上层为下电介质层（2），下电介质层（2）上层为液晶材料层（3），液晶材料层（3）上层为上电介质层（4），上电介质层（4）的上层为金属圆盘谐振器阵列层（5）；金属圆盘谐振器阵列层（5）由3×3个互补单元结构排列组成，每个互补单元结构均由金属圆盘和椭圆盘组成的，在每个互补单元结构中，圆盘位于中心，并且被四个椭圆盘围绕，同一个互补单元结构中相邻两个椭圆盘的长轴垂直；相邻两个互补单元结构之间存在一个共用的椭圆盘。
2.根据权利要求1所述的一种可调太赫兹超材料吸收器，其特征在于所述的金属圆盘谐振器阵列层（5）的材料为铜，厚度为0.2μm；位于每个互补单元结构中心的金属圆盘的半径为36μm，位于四周的椭圆盘的短轴长为25μm，长轴长为55μm，互补单元结构呈矩形阵列排布，排列周期为130μm。
3.根据权利要求1所述的一种可调太赫兹超材料吸收器，其特征在于所述的上电介质层（4）的长度和宽度都为440μm，厚度为1μm。
4.根据权利要求1所述的一种可调太赫兹超材料吸收器，其特征在于所述的下电介质层（2）的长度和宽度都为440μm，厚度为1μm。
5.根据权利要求1所述的一种可调太赫兹超材料吸收器，其特征在于所述的液晶材料层（3）长度和宽度都为440μm，厚度为3.3μm。
6.根据权利要求1所述的一种可调太赫兹超材料吸收器，其特征在于所述的基底层（1）材料为二硫化钼，长度和宽度都为440μm，厚度为8μm。
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