CN111952731B - 一种电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电控转换的太赫兹单频‑三频吸收转换器，包括由下到上依次叠接的金属背板、高阻硅层和二维阵列结构，所述二维阵列结构包括一组阵列排布的阵列单元，每个阵列单元包括规格相同呈十字形水平间隔设置的第一金属结构和第二金属结构，第一金属结构与第二金属结构之间设有相变垫片及规格相同呈C字形的第三金属结构和第四金属结构，相变垫片位于第三金属结构和第四金属结构之间。这种吸收转换器可实现多频率的吸收，适用不同场合，结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，具体是一种电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器。
背景技术
太赫兹技术是第三次科技革命中的“变革性技术”，是能够对社会和经济发展产生重大影响的前沿技术。太赫兹功能器件是太赫兹技术应用中必不可少的部分，然而太赫兹功能器件十分缺乏已经成为约束太赫兹技术推广应用的一个重要瓶颈。太赫兹吸收器是一种重要的太赫兹功能器件，现有太赫兹吸收器制作完成后，大多只能对特定的太赫兹波频率具有吸收性，而且中心频率位置不可调节，大大限制了器件的可适用范围。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器。这种吸收转换器可实现多频率的吸收，适用不同场合，结构简单，操作方便。
实现本发明目的的技术方案是：
一种电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，包括由下到上依次叠接的金属背板、高阻硅层和二维阵列结构，金属背板和高阻硅层的长和宽大于二维阵列结构的长和宽；所述二维阵列结构的边长为入射太赫兹波束直径的1.0～2.5倍；太赫兹波从二维阵列结构上方正入射，所述二维阵列结构包括一组阵列排布的阵列单元，每个阵列单元包括规格相同呈十字形水平间隔设置的第一金属结构和第二金属结构，第一金属结构与第二金属结构之间设有相变垫片及规格相同呈C字形的第三金属结构和第四金属结构，相变垫片位于第三金属结构和第四金属结构之间；
所述第一金属结构包括长条和与长条中心垂直的短条，每行相邻的第一金属结构长条的端头接触，每列相邻的第一金属结构短条与第二金属结构短条的靠近端之间设有间隙，相变垫片位于第一金属结构和第二金属结构的短条下方并与短条接触，相变垫片的宽度大于短条宽度，长度大于第一金属结构和第二金属结构短条靠近的端头之间的距离，相变垫片宽边的中垂线与第一金属结构和第二金属结构短条宽边的中垂线在同一条直线上，第三金属结构和第四金属结构C字形的开口正对，且第三金属结构和第四金属结构以相变垫片宽边的中垂线对称，第三金属结构和第四金属结构分别与第一金属结构和第二金属结构的长条及相变垫片之间设有间隙；
所述第三金属结构包括与第一金属结构长条平行的规格相同间隔设置的第一横条和第二横条，第一横条与第二横条朝外的同端处设有与第一横条垂直的第一竖条，第一横条和第二横条另外一端分别设有与第一横条和第二横条垂直的第二竖条和第三竖条，第二竖条与第三竖条之间设有间隙，第三金属结构和第四金属结构第一竖条长边的中垂线与相变垫片长边的中垂线在同一直线上，第一金属结构和第二金属结构以相变垫片长边的中垂线对称；
所述高阻硅层上表面设有电极，电极与直流稳压电源的正负极连接，电极与边缘两行阵列单元朝外的长条和短条接触，电极与直流稳压电源的正负极连接的线路上分别设有开关，两个开关的开闭同步，当两个开关打开时，阵列单元中的第一金属结构和第二金属结构断电，相变垫片为低电导率，行与行之间的第二金属结构与第一金属结构处于阻断状态，此时为单频吸收，当两个开关闭合时，阵列单元中的第一金属结构和第二金属结构通电，相变垫片被加热转为高电导率，行与行之间的第二金属结构与第一金属结构处于连通状态，此时为三频吸收。
所述相邻行的第一金属结构短边与第二金属结构短边端头之间的间距为6.5～10.5μm。
所述第一金属结构、第二金属结构、第三金属结构和第四金属结构为金片、铜片和铝片中任意一种的金属片条，厚度为0.2μm～0.8μm，宽度为5μm～10μm。
所述相变垫片为二氧化钒垫片、二硫化钼垫片和锗锑碲垫片中的任意一种，厚度为0.15μm～0.2μm，相变垫片的长度为13μm～18μm，宽度为9μm～13μm。
所述第一金属结构和第二金属结构的长条长度为70μm～100μm，短条的长度为25μm～35μm，第一金属结构长条长度即为阵列单元的边长。
所述第三金属结构和第四金属结构的第一横条和第二横条的长度为24μm～29μm，第一竖条的长度为24μm～29μm，第二竖条和第三竖条的长度为5μm～8μm。
所述第一金属结构和第二金属结构的长条分别与第三金属结构第一横条和第二横条之间的间距均为6.5μm～10μm。
所述第三金属结构和第四金属结构的第二竖条和第三竖条分别与相变垫片长边之间的间距均为6.5μm～10μm。
所述直流稳压电源的电压为12-24V。
所述电极为呈方形的金属板。
这种吸收转换器可实现多频率的吸收，适用不同场合，结构简单，操作方便。
附图说明
图1为实施例的结构示意图；
图2为图1中A-A处剖视图；
图3为实施例中阵列单元的结构示意图；
图4为图3中B-B处剖视图；
图5为实施例在电极通电和断电情况下太赫兹波透过率随频率变化的曲线示意图。
图中，1.金属属背板 2.高阻硅层 3.电极 4.阵列单元 5.第一金属结构 51.长条52.短条6.第二金属结构 7.相变垫片 8.第三金属结构 81.第一横条82.第二横条 83.第一竖条 84.第二竖条 85.第三竖条 9.第四金属结构 a.长条长度，即阵列单元边长 b.短条长度 c.第二竖条和第三竖条与相变垫片长边之间的间距d.第一横条和第二横条分别与第一金属结构和第二金属结构长条之间的间距 e.相变垫片宽度 f.相变垫片长度 g.第一横条和第二横条长度 h.第二竖条和第三竖条长度 j.第一竖条长度。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1、图2，一种电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，包括由下到上依次叠接的金属背板1、高阻硅层2和二维阵列结构，金属背板1和高阻硅层2的长和宽大于二维阵列结构的长和宽；所述二维阵列结构的边长为入射太赫兹波束直径的1.0～2.5倍；太赫兹波从二维阵列结构上方正入射，所述二维阵列结构包括一组阵列排布的阵列单元4，如图3、图4所示，每个阵列单元4包括规格相同呈十字形水平间隔设置的第一金属结构5和第二金属结构6，第一金属结构5与第二金属结构6之间设有相变垫片7及规格相同呈C字形的第三金属结构8和第四金属结构9，相变垫片7位于第三金属结构8和第四金属结构9之间，本例正入射的太赫兹波束的直径为500μm，阵列单元4行×列的数量为13×8，二维阵列结构的边长为1157μm，宽为712μm，金属背板1的厚度为0.2μm，高阻硅层2的厚度为10μm；
所述第一金属结构5包括长条51和与长条51中心垂直的短条52，每行相邻的第一金属结构长条51的端头接触，每列相邻的第一金属结构短条52与第二金属结构短条62的靠近端之间设有间隙，相变垫片7位于第一金属结构5和第二金属结构6的短条下方并与短条接触，相变垫7片的宽度大于短条52宽度，长度大于第一金属结构5和第二金属结构6短条靠近的端头之间的距离，相变垫片7宽边的中垂线与第一金属结构5和第二金属结构6短条宽边的中垂线在同一条直线上，第三金属结构8和第四金属结构9 C字形的开口正对，且第三金属结构8和第四金属结构9以相变垫片7的中垂线对称，第三金属结构8和第四金属结构9分别与第一金属结构5和第二金属结构6的长条及相变垫片7之间设有间隙；
所述第三金属结构8包括与第一金属结构5长条51平行的规格相同间隔设置的第一横条81和第二横条82，第一横条81与第二横条82朝外的同端处设有与第一横条81垂直的第一竖条83，第一横条81和第二横条82另外一端分别设有与第一横条81和第二横条82垂直的第二竖条84和第三竖条85，第二竖条84与第三竖条85之间设有间隙，第三金属结构8和第四金属结构9第一竖条长边的中垂线与相变垫片7长边的中垂线在同一直线上，第一金属结构5和第二金属结构6以相变垫片7长边的中垂线对称；
所述高阻硅层2上表面设有电极3，电极3与直流稳压电源的正负极连接，电极3与边缘两行阵列单元4朝外的长条和短条接触，电极3与直流稳压电源的正负极连接的线路上分别设有开关，两个开关的开闭同步，当两个开关打开时，阵列单元4中的第一金属结构5和第二金属结构6断电，相变垫片7为低电导率，行与行之间的第二金属结构6与第一金属结构5处于阻断状态，此时为单频吸收，当两个开关闭合时，阵列单元4中的第一金属结构5和第二金属结构6通电，相变垫片7被加热转为高电导率，行与行之间的第二金属结构6与第一金属结构5处于连通状态，此时为三频吸收，如图5所示。
所述相邻行的第一金属结构5与第二金属结构6短边端头之间的间距为6.5～10.5μm，本例为6.5μm。
所述第一金属结构5、第二金属结构6、第三金属结构8和第四金属结构9为金片、铜片或铝片中任意一种的金属片条，厚度为0.2μm～0.8μm，宽度为5μm～10μm，本例第一金属结构5、第二金属结构6、第三金属结构8和第四金属结构9均为铜片，厚度为0.2μm，宽度为7μm。
所述相变垫片7为二氧化钒垫片、二硫化钼垫片和锗锑碲垫片中的任意一种，厚度为0.15μm～0.2μm，相变垫片7的长度为13μm～18μm，宽度为9μm～13μm，本例相变垫片7为二氧化钒垫片，厚度为0.15μm，长度为14μm，宽度为10μm。
所述第一金属结构5和第二金属结构6的长条长度a为70μm～100μm，短条的长度b为25μm～35μm，本例长条长度a为89μm，短条长度b为29.5μm，第一金属结构长条51长度即为阵列单元4的边长。
所述第三金属结构8和第四金属结构9的第一横条和第二横条的长度g为24μm～29μm，第一竖条的长度j为24μm～29μm，第二竖条和第三竖条的长度h为5μm～8μm，本例第一横条和第二横条的长度g为26.5μm，第一竖条的长度j为26.5μm，第二竖条和第三竖条的长度h为10μm。
所述第一金属结构5和第二金属结构6的长条分别与第三金属结构8第一横条81和第二横条82之间的间距d均为6.5μm～10μm，本例为7μm。
所述第三金属结构8和第四金属结构9的第二竖条和第三竖条分别与相变垫片7长边之间的间距c均为6.5μm～10μm，本例为5μm。
所述直流稳压电源的电压为12-24V，本例电压为17V。
所述电极3为呈方形的金属板。
Claims (8)
1.一种电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，包括由下到上依次叠接的金属背板、高阻硅层和二维阵列结构，金属背板和高阻硅层的长和宽大于二维阵列结构的长和宽；所述二维阵列结构的边长为入射太赫兹波束直径的1.0～2.5倍；太赫兹波从二维阵列结构上方正入射，其特征在于，所述二维阵列结构包括一组阵列排布的阵列单元，每个阵列单元包括规格相同呈十字形水平间隔设置的第一金属结构和第二金属结构，第一金属结构与第二金属结构之间设有相变垫片及规格相同呈C字形的第三金属结构和第四金属结构，相变垫片位于第三金属结构和第四金属结构之间；
所述第一金属结构包括长条和与长条中心垂直的短条，每行相邻的第一金属结构长条的端头接触，每列相邻的第一金属结构短条与第二金属结构短条的靠近端之间设有间隙，相变垫片位于第一金属结构和第二金属结构的短条下方并与短条接触，相变垫片的宽度大于短条宽度，长度大于第一金属结构和第二金属结构短条靠近的端头之间的距离，相变垫片宽边的中垂线与第一金属结构和第二金属结构短条宽边的中垂线在同一条直线上，第三金属结构和第四金属结构C字形的开口正对，且第三金属结构和第四金属结构以相变垫片宽边的中垂线对称，第三金属结构和第四金属结构分别与第一金属结构和第二金属结构的长条及相变垫片之间设有间隙；
所述第三金属结构包括与第一金属结构长条平行的规格相同间隔设置的第一横条和第二横条，第一横条与第二横条朝外的同端处设有与第一横条垂直的第一竖条，第一横条和第二横条另外一端分别设有与第一横条和第二横条垂直的第二竖条和第三竖条，第二竖条与第三竖条之间设有间隙，第三金属结构和第四金属结构第一竖条长边的中垂线与相变垫片长边的中垂线在同一直线上，第一金属结构和第二金属结构以相变垫片长边的中垂线对称；
所述高阻硅层上表面设有电极，电极与直流稳压电源的正负极连接，电极与边缘两行阵列单元朝外的长条和短条接触，电极与直流稳压电源的正负极连接的线路上分别设有开关，两个开关的开闭同步，当两个开关打开时，阵列单元中的第一金属结构和第二金属结构断电，相变垫片为低电导率，行与行之间的第二金属结构与第一金属结构处于阻断状态，此时为单频吸收；当两个开关闭合时，阵列单元中的第一金属结构和第二金属结构通电，相变垫片被加热转为高电导率，行与行之间的第二金属结构与第一金属结构处于连通状态，此时为三频吸收。
2.根据权利要求1所述的电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，其特征在于，相邻行的第一金属结构短边与第二金属结构短边端头之间的间距为6.5～10.5μm。
3.根据权利要求1所述的电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，其特征在于，所述第一金属结构、第二金属结构、第三金属结构和第四金属结构为金片、铜片和铝片中任意一种的金属片条，厚度为0.2μm～0.8μm，宽度为5μm～10μm。
4.根据权利要求1所述的电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，其特征在于，所述相变垫片为二氧化钒垫片、二硫化钼垫片和锗锑碲垫片中的任意一种，厚度为0.15μm～0.2μm，相变垫片的长度为13μm～18μm，宽度为9μm～13μm。
5.根据权利要求1所述的电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，其特征在于，
所述第一金属结构和第二金属结构的长条长度为70μm～100μm，短条的长度为25μm～35μm，第一金属结构长条长度即为阵列单元的边长。
6.根据权利要求1所述的电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，其特征在于，所述第三金属结构和第四金属结构的第一横条和第二横条的长度为24μm～29μm，第一竖条的长度为24μm～29μm，第二竖条和第三竖条的长度为5μm～8μm。
7.根据权利要求1所述的电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，其特征在于，所述第一金属结构和第二金属结构的长条分别与第三金属结构第一横条和第二横条之间的间距均为6.5μm～10μm。
8.根据权利要求1所述的电控转换的太赫兹单频-三频吸收转换器，其特征在于，所述第三金属结构和第四金属结构的第二竖条和第三竖条分别与相变垫片长边之间的间距均为6.5μm～10μm。
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