CN111725591A - 一种基于二氧化钒口字形的可调超表面 - Google Patents

一种基于二氧化钒口字形的可调超表面 Download PDF

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周晨
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China Jiliang University
Zhejiang Lab
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Abstract

本发明公开了一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，超表面由相同的单元周期排列组成，所述单元结构其特征在于包括顶层金属结构、二氧化钒填充物、中间介质层和底层金属板；其中，所述的二氧化钒填充物与顶层金属结构围成了一个口字形结构；顶层金属结构位于中间介质层上方；中间介质层的下方为金属板。通过对二氧化钒施加不同的偏置电压，使其在绝缘态与金属态之间的切换，从而引起顶层谐振结构发生变化，将谐振结构旋转得到4个反射幅度很高且有固定相位差的不同单元周期排列得到的超表面，实现可调太赫兹波开关。设计的超表面结构简单、便于制作、性能优越。

Description

一种基于二氧化钒口字形的可调超表面
技术领域
本发明属于太赫兹开关，尤其涉及一种基于二氧化钒口字形的可调超表面。
发明内容
本发明为了克服现有技术不足，提供一种基于二氧化钒口字形的可调超表面。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，超表面由相同的单元周期排列组成，所述单元结构其特征在于包括顶层金属结构、二氧化钒填充物、中间介质层和底层金属板；其中，所述的二氧化钒填充物与顶层金属结构围成了一个口字形结构；顶层金属结构位于中间介质层上方；中间介质层的下方为金属板。通过对二氧化钒施加不同的偏置电压，使其在绝缘态与金属态之间的切换，从而引起顶层谐振结构发生变化，将谐振结构旋转得到4个反射幅度很高且有固定相位差的不同单元周期排列得到的超表面，实现可调太赫兹波开关。
上述技术方案结构参数可采用如下优选方式：
所述的所述的一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，其特征在于所述基本单元顶层金属结构为U字型结构的长边为P=79μm，宽度为w=1μm。所述的一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，其特征在于所述单元结构二氧化钒填充物，长度为a=48μm，宽度为w=1μm。所述的一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，其特征在于所述单元结构中间介质层为聚酰亚胺，长度和宽度为P=790μm，高度为h=39μm。所述的一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，其特征在于所述单元结构底层金属板长度和宽度为P=79μm，材料为金。
本发明提出一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，结构简单，便于制作、成本低且高效率等优点；本发明实现了太赫兹开关动态调节功能，通过对二氧化钒施加不同的偏置电压，使其在绝缘态与金属态之间的切换，从而引起顶层谐振结构发生变化，将谐振结构旋转得到4个反射幅度很高且有固定相位差的不同单元周期排列得到的超表面，实现可调太赫兹波开关。设计的超表面结构简单、便于制作、性能优越。
附图说明
图1（a）（b）（c）分别是基于二氧化钒口字形的可调超表面的单元三维示意图、俯视图和侧视图；
图2（a）（b）分别是基于二氧化钒口字形的可调超表面的单元在绝缘态下的反射幅度和相位；
图3（a）（b）分别是基于二氧化钒口字形的可调超表面的单元在金属态下的反射幅度和相位；
图4（a）（b）分别是基于二氧化钒口字形的可调超表面以“abcd”序列交替周期排列的单元在不同状态下的三维远场散射图；
图5（a）（b）分别是基于二氧化钒口字形的可调超表面以“dc/ab”序列沿x和y方向周期排列的单元在不同状态下的三维远场散射图。
具体实施方式
如图1所示，基于二氧化钒口字形的可调超表面，超表面由相同的单元周期排列组成，所述单元结构其特征在于包括顶层金属结构、二氧化钒填充物、中间介质层和底层金属板；其中，所述的二氧化钒填充物与顶层金属结构围成了一个口字形结构；顶层金属结构位于中间介质层上方；中间介质层的下方为金属板。通过对二氧化钒施加不同的偏置电压，使其在绝缘态与金属态之间的切换，从而引起顶层谐振结构发生变化，将谐振结构旋转得到4个反射幅度很高且有固定相位差的不同单元周期排列得到的超表面，实现可调太赫兹波开关功能。
通过调整顶层复合谐振结构的旋转角度，获得四个不同的数字态。在左圆极化（LCP）的垂直入射下，分析了二氧化钒在不同状态下的四个基本单元结构的反射幅度和相位，如图2和图3所示。
为了验证本发明的可调开关功能，设计了两种2-bit编码超表面，图4给出第一种以序列为“abcd”交替周期排布的编码超表面在1.2THz时二氧化钒在绝缘态和金属态LCP波垂直入射下的三维远场图，可以看出在绝缘态时，反射波偏折了一定的角度，此时探测器探测不到反射波的能量，达到关的功能；而在金属态时，反射波按原路返回，探测器接收到了能量，实现开的功能。图5给出第二种编码超表面，按序列“dc/ab”沿着x和y方向周期排布，在1.2THz处，LCP波垂直入射到两种状态下的超表面，相同的，在绝缘态下入射波被分为四个对称波束，太赫兹开关处于关的状态，当在金属态下，反射波束垂直反射出来，开关切换到开的状态。通过对二氧化钒施加不同的电压，实现太赫兹开关的可调。

Claims (5)

1.一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，超表面由相同的单元周期排列组成，所述单元结构其特征在于包括顶层金属结构（3）、二氧化钒填充物（4）、中间介质层（2）和底层金属板（1）；其中，所述的二氧化钒填充物（4）与顶层金属结构（3）围成了一个“口”字形结构；顶层金属结构（3）位于中间介质层（2）上方；中间介质层（2）的下方为金属板（1）；通过对二氧化钒施加不同的偏置电压，使其在绝缘态与金属态之间的切换，从而引起顶层谐振结构发生变化，将谐振结构旋转得到4个反射幅度很高且有固定相位差的不同单元周期排列得到的超表面，实现可调太赫兹波开关。
2.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，其特征在于所述基本单元顶层金属结构（3）为U字型结构的长边为70~90μm，宽度为1~2μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，其特征在于所述单元结构二氧化钒填充物（4），长度为40~60μm，宽度为1~2μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，其特征在于所述单元结构中间介质层（2）为聚酰亚胺，长度和宽度为 70~90μm，高度为30~50μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒口字形的可调超表面，其特征在于所述单元结构底层金属板（1）长度和宽度为 70~90μm，材料为金。
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