CN111799571A - 一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，所述吸波器包括按周期性排列的多个吸波单元，所述吸波单元为形如三明治结构的单向吸波单元；所述吸波单元包括在吸波方向上顺序层叠设置的第一导体结构、吸波介质层和第二导体结构；其中按吸波方向排列的第一导体结构、第二导体结构形成太赫兹波共振耦合结构；当太赫兹波沿吸波方向入射吸波单元时，太赫兹波在第一导体结构、第二导体结构之间来回震荡反射，所述吸波介质层对第一导体结构、第二导体结构之间的太赫兹波进行吸收；本发明解决了现有太赫兹吸波器偏振稳定性问题，同时对入射太赫兹波具备非互易性。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹器件技术领域，尤其是一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器。
背景技术
太赫兹波一般指波长介于3000 μm-30 μm的电磁波，处于微波和红外波段之间。太赫兹波不同于其他频段电磁波具有瞬态性、宽带性、相干性和低能性等特质，在信息与通讯技术、生物与医疗科学、无损检测、国土安全、食品和农业产品质量控制、环境监控等应用领域展现出前所未有的应用价值。
太赫兹吸波器是指在太赫兹频段内，利用吸波涂层或者吸波结构吸收入射太赫兹波能量的一种功能器件，一般应用于热辐射计、化学和生物医药传感、光电探测、光热转换等领域。现有的太赫兹吸波器一般是由开口谐振环加介质构成的，由于开口谐振环为非对称结构，因此不具有偏振稳定性，实际应用中有很大的局限性。传统非互易器件的实现一般需要强磁场，这样导致非互易器件难以小型化和集成化，使用成本高昂。具有非互易性的太赫兹吸波器可以在太赫兹系统构建中作为隔离器使用，极具研究价值。
发明内容
本发明提出一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，解决了现有太赫兹吸波器偏振稳定性问题，同时对入射太赫兹波具备非互易性。
本发明采用以下技术方案。
一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，所述吸波器包括按周期性排列的多个吸波单元，所述吸波单元为形如三明治结构的单向吸波单元；所述吸波单元包括在吸波方向上顺序层叠设置的第一导体结构、吸波介质层和第二导体结构；其中按吸波方向排列的第一导体结构、第二导体结构形成太赫兹波共振耦合结构；当太赫兹波沿吸波方向入射吸波单元时，太赫兹波在第一导体结构、第二导体结构之间来回震荡反射，所述吸波介质层对第一导体结构、第二导体结构之间的太赫兹波进行吸收。
当太赫兹波沿与吸波方向相反方向入射吸波单元时，第二导体结构对太赫兹波具有接近全反射的反射能力，使吸波器的吸波功能具有对太赫兹波入射方向的选择性。
所述吸波器为层状结构；所述第一导体结构为周期性排列的金属小方环组成的阵列；所述第二导体结构为周期性排列的金属大方环组成的阵列；所述金属大方环面积大于金属小方环但两者形状相同；在吸波器的吸波方向上，所述金属大方环、金属小方环同心设置且方环各边相互平行。
所述第一导体结构与第二导体结构之间为用于吸收太赫兹波的吸波介质层；所述吸波介质层的材质为聚亚酰胺。
所述吸波介质层的介电常数实部为3.4，虚部为0.17；所述金属大方环、金属小方环的材质为铝。
所述吸波单元按周期性正方形排列；所述方环阵列的阵列周期p＝57μm。
所述吸波单元中，所述金属大方环、金属小方环的方环形状结构厚度 h1＝h2＝2μm，环宽w1＝w2＝4μm，所述金属大方环、金属小方环均为正方形， 且两者的边长分别为a2＝55μm、a1＝53μm；
所述吸波介质层为厚度h3＝5μm的聚亚酰胺介质基板。
在每一阵列周期内，所述金属大方环、金属小方环同心设置且边长互相平行，分别沉积于吸波介质层的中层介质基板的上、下表面。
由于方环及其排列方式具有对称性，所述吸波器具备偏振稳定性，在未受到磁场作用时，所述吸波器在吸波方向上，针对入射的太赫兹波在其0.78 THz处有一接近于1的窄带吸收峰。
太赫兹波反方向入射吸波器时，太赫兹波在第二导体结构处的反射接近全反射，不呈现吸收峰。
本发明采用上述技术方案，相较于现有技术，具有以下有益效果：结构简单、易于制备、目标频率吸收率高；通过调整阵列及基板参数可以实现不同频率的吸收；不需要外加强磁场即可实现非互易效果，即正向入射时在目标频率有极高窄带吸收峰，反向入射时则全频段几乎不吸收。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明所述吸波器的吸波单元的示意图；
附图2是本发明所述吸波器俯视向上的外观示意图；
附图3是金属大方环、小方环的俯视向位置示意图；
附图4是吸波器的侧向示意图；
附图5是本发明实施例的正向吸收、透射和反射谱线的示意图；
附图6为本发明实施例的反向吸收、透射和反射谱线的示意图；
附图7为本发明实施例在正向（实线）及反向（虚线）垂直入射时的吸收谱线的示意图；
图中：1-第一导体结构；2-第二导体结构；3-吸波介质层。
具体实施方式
如图1-7所示，一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，所述吸波器包括按周期性排列的多个吸波单元，所述吸波单元为形如三明治结构的单向吸波单元；所述吸波单元包括在吸波方向上顺序层叠设置的第一导体结构1、吸波介质层3和第二导体结构2；其中按吸波方向排列的第一导体结构、第二导体结构形成太赫兹波共振耦合结构；当太赫兹波沿吸波方向入射吸波单元时，太赫兹波在第一导体结构、第二导体结构之间来回震荡反射，所述吸波介质层对第一导体结构、第二导体结构之间的太赫兹波进行吸收。
当太赫兹波沿与吸波方向相反方向入射吸波单元时，第二导体结构对太赫兹波具有接近全反射的反射能力，使吸波器的吸波功能具有对太赫兹波入射方向的选择性。
所述吸波器为层状结构；所述第一导体结构为周期性排列的金属小方环组成的阵列；所述第二导体结构为周期性排列的金属大方环组成的阵列；所述金属大方环面积大于金属小方环但两者形状相同；在吸波器的吸波方向上，所述金属大方环、金属小方环同心设置且方环各边相互平行。
所述第一导体结构与第二导体结构之间为用于吸收太赫兹波的吸波介质层；所述吸波介质层的材质为聚亚酰胺。
所述吸波介质层的介电常数实部为3.4，虚部为0.17；所述金属大方环、金属小方环的材质为铝。
所述吸波单元按周期性正方形排列；所述方环阵列的阵列周期p＝57μm。
所述吸波单元中，所述金属大方环、金属小方环的方环形状结构厚度 h1＝h2＝2μm，环宽w1＝w2＝4μm，所述金属大方环、金属小方环均为正方形， 且两者的边长分别为a2＝55μm、a1＝53μm；
所述吸波介质层为厚度h3＝5μm的聚亚酰胺介质基板。
在每一阵列周期内，所述金属大方环、金属小方环同心设置且边长互相平行，分别沉积于吸波介质层的中层介质基板的上、下表面。
由于方环及其排列方式具有对称性，所述吸波器具备偏振稳定性，在未受到磁场作用时，所述吸波器在吸波方向上，针对入射的太赫兹波在其0.78 THz处有一接近于1的窄带吸收峰。
太赫兹波反方向入射吸波器时，太赫兹波在第二导体结构处的反射接近全反射，不呈现吸收峰。
图5和图6分别为正向和反向垂直入射时器件的吸收、透射和反射谱线。可以看到，当太赫兹波正向入射时，在0.78 THz处有一接近于1的窄带吸收峰，太赫兹波在双层频率选择表面间的共振耦合作用下，此频率能量可被聚亚酰胺几乎完美吸收；而反向入射时，如图6所示，太赫兹波主要以反射为主，少量透射，几乎全频段都不吸收，无吸收峰；因此，器件对太赫兹波的入射方向具有非互易性。
图7是该发明实施例在正向（实线）及反向（虚线）垂直入射时的吸收谱线，在目标频率0.78 THz处实现了优异的窄带非互易吸收，不需要外加磁场等复杂高成本条件就实现了非互易器件的方向选择功能。同时，由于方环结构及正方形周期排列方式，该吸波器不具有偏振选择性，即具备偏振稳定性。
以上展示和描述了本发明的基本工作原理、主要特征和优点。本发明不局限于上述最佳实施方式，在不脱离本发明精神范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的基于双层选择表面的太赫兹器件。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：所述吸波器包括按周期性排列的多个吸波单元，所述吸波单元为形如三明治结构的单向吸波单元；所述吸波单元包括在吸波方向上顺序层叠设置的第一导体结构、吸波介质层和第二导体结构；其中按吸波方向排列的第一导体结构、第二导体结构形成太赫兹波共振耦合结构；当太赫兹波沿吸波方向入射吸波单元时，太赫兹波在第一导体结构、第二导体结构之间来回震荡反射，所述吸波介质层对第一导体结构、第二导体结构之间的太赫兹波进行吸收。
2.根据权利要求1所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：当太赫兹波沿与吸波方向相反方向入射吸波单元时，第二导体结构对太赫兹波具有接近全反射的反射能力，使吸波器的吸波功能具有对太赫兹波入射方向的选择性。
3.根据权利要求1所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：所述吸波器为层状结构；所述第一导体结构为周期性排列的金属小方环组成的阵列；所述第二导体结构为周期性排列的金属大方环组成的阵列；所述金属大方环面积大于金属小方环但两者形状相同；在吸波器的吸波方向上，所述金属大方环、金属小方环同心设置且方环各边相互平行。
4.根据权利要求1所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：所述第一导体结构与第二导体结构之间为用于吸收太赫兹波的吸波介质层；所述吸波介质层的材质为聚亚酰胺。
5.根据权利要求4所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：所述吸波介质层的介电常数实部为3.4，虚部为0.17；所述金属大方环、金属小方环的材质为铝。
6.根据权利要求5所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：所述吸波单元按周期性正方形排列；所述方环阵列的阵列周期p＝57μm。
7.根据权利要求6所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：所述吸波单元中，所述金属大方环、金属小方环的方环形状结构厚度h1＝h2＝2μm，环宽w1＝w2＝4μm，所述金属大方环、金属小方环均为正方形，且两者的边长分别为a2＝55μm、a1＝53μm；
所述吸波介质层为厚度h3＝5μm的聚亚酰胺介质基板。
8.根据权利要求7所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：在每一阵列周期内，所述金属大方环、金属小方环同心设置且边长互相平行，分别沉积于吸波介质层的中层介质基板的上、下表面。
9.根据权利要求8所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：由于方环及其排列方式具有对称性，所述吸波器具备偏振稳定性，在未受到磁场作用时，所述吸波器在吸波方向上，针对入射的太赫兹波在其0.78 THz处有一接近于1的窄带吸收峰。
10.根据权利要求9所述的一种基于三明治结构的窄带太赫兹非互易吸波器，其特征在于：太赫兹波反方向入射吸波器时，太赫兹波在第二导体结构处的反射接近全反射，不呈现吸收峰。
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|---|---|
| CN (1) | CN111799571A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112397906A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-02-23 | 湖北工业大学 | 入射角与极化不敏感的太赫兹吸波器 |
| CN113346249A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-03 | 西安电子科技大学 | 一种水基夹层超表面可调相干吸波体 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103151619A (zh) * | 2013-02-03 | 2013-06-12 | 北京工业大学 | 基于频率选择表面的宽频复合吸波结构 |
| CN105576383A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-05-11 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种超薄双侧吸波频选超材料及其天线罩和天线系统 |
| CN206134946U (zh) * | 2016-07-21 | 2017-04-26 | 深圳光启高等理工研究院 | 带通滤波超材料、天线罩及天线 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103151619A (zh) * | 2013-02-03 | 2013-06-12 | 北京工业大学 | 基于频率选择表面的宽频复合吸波结构 |
| CN105576383A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-05-11 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种超薄双侧吸波频选超材料及其天线罩和天线系统 |
| CN206134946U (zh) * | 2016-07-21 | 2017-04-26 | 深圳光启高等理工研究院 | 带通滤波超材料、天线罩及天线 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| GHAFFER I. KIANI等: "Oblique Incidence Performance of a Novel Frequency Selective Surface Absorber", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 * |
| UMAIR RAFIQUE等: "Skewed Frequency Selective Surface Absorber", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCEMENTS IN RESEARCH & TECHNOLOGY》 * |
| 邹涛波: "基于超材料的太赫兹吸波体理论与工艺研究", 《万方学位论文全文数据库》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112397906A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-02-23 | 湖北工业大学 | 入射角与极化不敏感的太赫兹吸波器 |
| CN112397906B (zh) * | 2020-10-22 | 2022-11-04 | 湖北工业大学 | 入射角与极化不敏感的太赫兹吸波器 |
| CN113346249A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-03 | 西安电子科技大学 | 一种水基夹层超表面可调相干吸波体 |
| CN113346249B (zh) * | 2021-06-10 | 2022-07-12 | 西安电子科技大学 | 一种水基夹层超表面可调相干吸波体 |
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