CN211786469U

CN211786469U - 一种可调太赫兹透镜

Info

Publication number: CN211786469U
Application number: CN202020668684.3U
Authority: CN
Inventors: 沈志雄; 葛士军; 周胜航; 陈烨
Original assignee: Nanjing Nanhui Intelligent Optical Sensing Research Institute Co ltd
Current assignee: Nanjing Nanhui Intelligent Optical Sensing Research Institute Co ltd
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2030-04-27

Abstract

本实用新型公开了一种可调太赫兹透镜，包括相对设置的基板和介质层，以及位于基板和介质层之间的液晶层；介质层远离基板的外侧面上设有介质超构表面层，介质超构表面层包括各向异性介质柱阵列，介质柱的宽度由中心向边缘沿径向逐渐减小；基板和介质层相对的内侧面上均分别设有电极层和取向层；取向层均为沿径向呈周期性0°～180°渐变分布的取向来诱导液晶分子进行取向；液晶层中液晶分子指向矢沿径向呈周期性0°～180°渐变分布。本实用新型具有宽波段适用、小型化易集成、轻薄化的特点，适用场景的不同可以动态切换色差或是消色差透镜，在太赫兹通信、成像以及传感等方面有极大的应用潜力。

Description

一种可调太赫兹透镜

技术领域

本实用新型涉及光学器件，特别是涉及一种可调太赫兹透镜。

背景技术

太赫兹波是频率在0.1～10THz(对应波长为30～3000μm)之间的电磁波，有其独特的性质。太赫兹波能穿透非极性和非金属材料，电离辐射小；此外，许多有机或生物分子在这个波段具有集体振动模式，形成独特的“太赫兹指纹”。这些特点为太赫兹人体安检、工业检查和医疗诊断提供了巨大的机会。在这些涉及太赫兹成像的应用中，透镜是很重要的元件。由特定亚波长的金属或介质谐振器阵列组成的超构透镜被开发出来并用于太赫兹波前调控，它们取代了传统的晶体或聚合物折射透镜，呈现出小型化和集成化的趋势。然而，它们的功能大多是静态的。到目前为止，动态功能，特别是连续变焦距或可调色差仍然是一个巨大的挑战。

由于太赫兹光谱的宽频带，太赫兹超构透镜的色差比光学或近红外波段更加显著。透镜的色差导致焦距随频率变化，大大降低了宽谱太赫兹成像的光谱分辨率。为了解决这个问题，需要沿着太赫兹光路进行机械扫描来捕获不同频率的图像，使得检测和分析变得复杂和耗时。另一方面，在光谱仪和层析成像等应用中，需要大的透镜色差从而在空间上分离不同频率的焦斑而不产生串扰，因此，色散透镜也具有广泛应用。如果能利用单一超构透镜实现消色差聚焦和色散聚焦特性的动态切换，将极大地促进太赫兹光谱和成像系统的实际应用发展。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种可调太赫兹透镜，可以实现宽带消色差聚焦和色散聚焦功能的动态切换，以解决现有技术中太赫兹透镜功能和应用单一的技术问题。

技术方案：本实用新型的可调太赫兹透镜，包括相对设置的基板和介质层，以及位于所述基板和介质层之间的液晶层；介质层远离基板的一侧设有介质超构表面层，即设于介质层远离基板的外侧面；介质超构表面层包括各向异性介质柱阵列结构，且介质柱的宽度由超构表面的中心向边缘沿径向逐渐减小；

介质柱的长和宽不等，介质柱阵列沿着径向结构参数(宽的尺寸)连续变化，而不同位置介质柱的高度和周期不变，长度基本不变。

基板和介质层相对的内侧面上分别设有电极层，所述二电极层相对的内侧面上分别设有取向层，记为第一取向层和第二取向层；第一取向层和第二取向层具备相同的取向方向，均为沿径向呈周期性0°～180°渐变分布的取向来诱导液晶分子进行取向；液晶层设置于第一取向层和第二取向层之间，取向方向为沿着垂直于取向层在方向平行取向，在取向层面内沿径向呈周期性0°～180°渐变取向。

本实用新型介质超构表面中每个位置的介质柱需要满足的要求是从中心到边缘的两个频率端点(如本实用新型实施例中的端点值0.9和1.4THz)的谐振相位差逐渐减小，因此对应到超表面结构上宽的参数也是逐渐减小的。本实用新型中的介质超构表面的结构单元是各向异性的柱状物，如椭圆形介质柱体、长方形介质柱等；每一个位置上的介质柱的具体参数可通过前期的模拟设计确定超构表面结构单元中不同位置的硅柱的长宽高参数以及结构单元的周期参数。其中，取向层可采用光控取向层或摩擦取向层。

其中，介质超构表面层的介质柱满足：当入射太赫兹波透过介质柱时，各个介质柱的共振相位随频率的变化满足如下公式：

式中，f是频率，c是真空中光速，F代表焦距，r是透镜的半径，k和d均为常数，

为透镜相位。

实用新型原理：本实用新型的可调太赫兹透镜及其制备方法，通过一层基于几何相位的结构取向液晶层以及一层基于共振相位的介质超构表面层，两种相位的叠加可以实现宽波段内的消色差型聚焦效果；当在液晶层上下基板上的石墨烯电极加上饱和电压后，液晶分子取向完全垂直于基板排列，导致几何相位型调制消失，只剩下介质超构表面的共振相位起作用，呈现出色散聚焦效果，焦距随着频率的增大而减小。这两种功能的动态切换保证实现多功能的可调太赫兹超构透镜，解决现有技术中可调太赫兹功能器件功能和应用单一的技术问题。

太赫兹波是频率在0.1～10THz(对应波长为30～3000μm)之间的电磁波。太赫兹波具有以下独特性质：1)较低的光子能量，适合对生物组织进行活体检查；2)很多生物分子和凝聚态物质的骨架振动和转动能级，以及分子间相互作用能级(氢键等)都处于太赫兹频带；3)许多非金属和非极性材料对太赫兹波的吸收较小，透过率高；4)与可见光和红外线相比，太赫兹波具有极高的方向性和较强云雾穿透能力，能够实现G bit/s以上的无线传输速率。这些使太赫兹技术在安全检查、生物医学和高速无线通信等诸多领域具有广阔的应用前景。太赫兹透镜在这些领域中都有广泛的应用，他们通常由晶体和聚合物构成，体积大，且不具备可调谐性，限制了太赫兹系统的集成化。超构材料是一种人工电磁介质，通过人为设计单元结构，能够实现自然材料所不具有的一些独特性能，如人造磁性、负指数材料、电磁隐身等。超构表面是超构材料的二维形式，设计和加工更加便捷。将超构表面用于太赫兹的调制领域，然而超构表面一经制备，结构就固定了，功能也随之固定，无法进行动态调控，因此寻求超构表面的可调谐性成为研究领域的一大热点。液晶的指向分布可以通过光取向技术进行任意的控制，因此十分适用于几何相位元件的设计和制作。

本实用新型的可调太赫兹透镜可以实现加电动态切换消色差聚焦和色散聚焦功能。在不加电状态下，液晶的几何相位和介质超构表面的动态相位共同提供了消色差透镜的相位，原理如下：

对于消色差透镜来说，它的相位可以写成：

其中，f代表频率，c是真空中光速，F代表焦距，r是透镜的半径，

是额外引入的一个相位因子，只与f有关。在

和f引入一个线性关系，即

(k和d均为常数)，则消色差透镜相位

可以变形为：

在此公式中，

和f呈线性关系。这种线性相位色散可以通过引入介质超构表面的波导共振模式来实现。除了公式中前一个线性色散项，后一项d是常数项，不随频率而改变，可以通过引入液晶的几何相位来实现。

优选地，基板选用在太赫兹波段具有高透过率的材料，如石英、聚酰亚胺、高阻硅等；介质层使用的材料为太赫兹波段具有高折射率、高透过率的材料，优选为高阻硅。其中，高阻硅的电阻率是5000～8000Ω·cm。

优选地，所述介质超构表面的结构为长方形的介质柱阵列，其谐振相位随频率成线性变化关系，结构参数匹配不同的波长，在0.9～1.4THz的适用波长范围内介质柱的长、宽、高分别优选为10～50μm，10～50μm，150～300μm；根据透镜的相位分布，相同频率谐振相位较大的介质柱分布于超构表面中心，因此介质柱的宽由中心向边缘逐渐减小。

其中，第一电极层和第二电极层材料为太赫兹波段具有高透过率和高电导率的材料，如少层石墨烯、PEDOT、ITO纳米晶须等，优选为少层石墨烯。第一取向层和第二取向层均为光控取向层，所述光控取向层的控制图形可擦写，所述光控取向层的材料为偶氮染料。

优选地，所述液晶层的液晶材料为双折射率材料，具备第一折射率和第二折射率；在入射至所述可调太赫兹透镜的入射光的频率范围在0.5THz～2.5THz时，所述第一折射率和第二折射率之间的差值为双折射率Δn，0.2≤Δn(双折射率)≤0.4；所述液晶层的取向为沿径向呈周期性0°～180°渐变分布，用以产生几何相位透镜。

所述可调太赫兹透镜还包括位于基板和介质层之间的间隔粒子，间隔粒子用于支撑所述基板和介质层以形成所述液晶层的填充空间；优选地，液晶层的厚度为200～300μm，液晶层厚度的优选范围，是由于相位延迟条件

其中Δn表示液晶的双折射率(异常光折射率和寻常光折射率的差)，h表示液晶层的厚度，在特定波长λ处，当满足半波条件时才能使几何相位光学元件的工作效率达到最大。对于本实用新型的液晶层厚度，理论优选值为200到300μm，如果h小于这个值，由于经过该器件的太赫兹波的相位累积远远未达到太赫兹波段的半波条件，几何相位产生效率会逐渐降低。在大于300μm厚度下会更接近这个波段的半波条件，但是液晶层的取向效果会变得较差，因此在本实施例中，液晶层的厚度可设计在200μm～300μm，进一步的，液晶层厚度h的优选值为200μm，在该厚度条件下取向效果较好，并且有较高的效率。

本实用新型的可调太赫兹透镜的制备方法，包括如下步骤：

提供基板和一侧面设有超构表面层的介质层；

在介质层未设置超构表面层的一侧表面依次制备第一电极层和第一光控取向层；

在基板的一侧表面依次制备第二电极层和第二光控取向层；

在基板的第二光控取向层一侧设置间隔粒子，后将介质层与基板封装，使得基板和介质层相对设置，超构表面层位于远离基板的一侧，第一光控取向层朝向基板，第二光控取向层朝向介质层；

对光控取向层进行多步重叠曝光，以形成具有分子指向矢在径向呈周期性0°～180°连续渐变分布的控制图形；

在基板和介质层之间灌注液晶材料，所述控制图形控制液晶分子指向矢在径向呈周期性0°～180°连续渐变分布。即：液晶层中液晶分子指向矢沿径向呈周期性0°～180°渐变分布。

其中，介质超构表面层的制备步骤包括：对高阻硅片进行清洗，然后利用光刻工艺将掩膜版上的图形转移到硅片上，再利用等离子体刻蚀刻掉裸露的硅，直到刻蚀到目标深度停止刻蚀，最后洗去残余光刻胶。

其中，在基板和介质层上制备光控取向层还包括制备前对基板和介质层表面的预处理，预处理步骤包括：将基板和介质层(如硅片)用洗液超声清洗20～40分钟，再用超纯水超声清洗两次，每次各8～10分钟，然后在100℃～120℃烘箱中烘干40～60分钟，最后进行紫外光臭氧清洗30～45分钟。

本实用新型的可调太赫兹透镜在不加电的条件下，消色差太赫兹透镜可用于THz高光谱成像，可结合生物分子的特征THz“指纹谱”来鉴别不同的生物组织；该太赫兹透镜在加电的条件下，色散透镜可以应用到光谱仪或者层析成像中，可将不同频率的THz能量在空间上分开，并单独地加以利用。

有益效果：与现有技术相比，

(1)本实用新型通过设计超构表面的结构参数产生所需要的共振相位，通过设计液晶的空间取向产生所需要的几何相位，两种相位的叠加可以实现宽波段内的消色差型聚焦效果；当在液晶层上下基板上的石墨烯电极加上饱和电压后，液晶分子取向完全垂直于基板排列，导致几何相位型调制消失，只剩下介质超构表面的共振相位起作用，呈现出色散聚焦效果，焦距随着频率的增大而减小。这两种功能的动态切换保证实现多功能的可调太赫兹超构透镜，解决现有技术中可调太赫兹功能器件功能和应用单一的技术问题。

(2)本实用新型的可调太赫兹透镜可以实现加电动态切换消色差聚焦和色散聚焦功能；并具有宽波段适用、小型化易集成、轻薄化的特点，根据适用场景的不同可以动态切换色差或是消色差透镜，在太赫兹通信、成像以及传感等方面有着极大的应用潜力。

附图说明

图1是本实用新型的可调太赫兹透镜的横截面结构示意图；

图2是本实用新型的介质超构表面的结构单元的示意图；其中，图中l表示长，w表示宽，h表示高，T表示周期；

图3是本实用新型的介质超构表面的结构单元(长50μm，宽36μm，高200μm，周期60μm)的共振相位和偏振转换效率模拟图；

图4是本实用新型的介质超构表面的结构单元从中心到边缘位置的长宽参数图；

图5是本实用新型的可调太赫兹透镜的液晶层的几何相位分布和对应的液晶指向矢分布图；

图6是本实用新型的介质超构表面的局部区域在扫描电子显微镜下的照片；

图7是本实用新型的可调太赫兹透镜的液晶层在正交偏光显微镜下的取向照片；

图8是本实用新型的可调太赫兹透镜在未加电压条件下的聚焦效果模拟图，从左到右依次为0.9THz，1.0THz，1.1THz，1.2THz，1.3THz，1.4THz下的太赫兹远场强度分布图；

图9是本实用新型的可调太赫兹透镜在未加电压条件下的聚焦效果实验测试图，从左到右依次为0.9THz，1.0THz，1.1THz，1.2THz，1.3THz，1.4THz下的太赫兹远场强度分布图，上面是波前传播面上的光斑图，下面是波前传播方向上的强度图；

图10是本实用新型的可调太赫兹透镜在加饱和电压下的聚焦效果模拟图，从左到右依次为0.9THz，1.0THz，1.1THz，1.2THz，1.3THz，1.4THz下的太赫兹远场强度分布图；

图11是本实用新型的可调太赫兹透镜在加饱和电压下的聚焦效果实验测试图，从左到右依次为0.9THz，1.0THz，1.1THz，1.2THz，1.3THz，1.4THz下的太赫兹远场强度分布图，上面是波前传播面上的光斑图，下面是波前传播方向上的强度图；

图12是本实用新型的可调太赫兹透镜在未加电和加饱和电压下的聚焦效率图；

图13是本实用新型的可调太赫兹透镜的制备方法的流程示意图；

图14是本实用新型的可调太赫兹透镜的制备方法中各步骤的示意图；

图15是本实用新型的可调太赫兹透镜的功能示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型进一步地详细描述。

本实施例的可调太赫兹透镜集成了液晶和超构表面，该透镜的横截面如图1所示，其包括相对设置的基板6和介质层1，以及第一电极层2、第二电极层5、第一取向层3、第二取向层4和液晶层7。其中，介质层1远离基板6的一侧设有介质超构表面层8，即图1中所示的介质层1的上表面；介质超构表面层8包括沿着径向结构参数连续变化的长方形介质柱阵列，介质层1朝向基板6的一侧依次设有第一电极层2、第一取向层3，基板6位于介质层1的下方位置，基板6朝向介质层1的一侧依次设有第二电极层5、第二取向层4，第一取向层3和第二取向层4具备相同的取向方向，均为沿径向呈周期性0°～180°渐变分布的取向来诱导液晶分子进行取向。

液晶层7设置于第一取向层3和第二取向层4之间，液晶层7包括液晶分子9和位于液晶分子9两端的间隔粒子10，如图1中所示的液晶分子左右两边的圆形结构即为间隔粒子，以形成固定厚度的液晶盒。其中，液晶分子9的取向方向为在取向层面内沿径向呈周期性0°～180°渐变取向。

本实施例中介质层1的材料为高阻硅片，基板6的材质为石英，电极层均选用石墨烯材料，取向层均采用偶氮染料材料。介质超构表面层8的结构单元为长方形硅柱，可通过前期的模拟设计确定超构表面结构单元中不同位置的硅柱的长宽高参数以及结构单元的周期参数；本实施例中，结构单元的周期设为60μm，硅柱的高度设为200μm，硅柱的长宽参数根据不同位置所需的共振相位来确定。液晶层的厚度为200μm。

本实用新型可实现加电动态切换消色差聚焦和色散聚焦功能，在不加电状态下，液晶的几何相位和介质超构表面的动态相位共同提供了消色差透镜的相位，原理如下：

对于消色差透镜来说，它的相位可以写成：

是额外引入的一个相位因子，只与f有关。在

和f引入一个线性关系，即

(k和d均为常数)，则消色差透镜相位

可以变形为：

在此公式中，

和f呈线性关系。这种线性相位色散可以通过引入介质超构表面的波导共振模式来实现。除了公式中前一个线性色散项，后一项d是常数项，不随频率而改变，可以通过引入液晶的几何相位来实现。本实施例以焦距为15mm，工作频率带宽从0.9到1.4THz的消色差透镜为例。

图2是介质超构表面的结构单元的示意图，图2中l表示长，w表示宽，h表示高，T表示周期；本实施例的介质超构表面层8的结构单元为长方形硅柱体，图3是本实施例提供的介质超构表面的结构单元(长50μm，宽36μm)的共振相位和偏振转换效率模拟图，可以看到这个结构单元的共振相位在0.9到1.4THz内呈现线性的增加，可以满足消色差透镜公式中的线性相位色散要求，同时可以看到不同频率的效率稍有差别。在透镜的不同r位置所需的线性相位色散的斜率不同，因此需要改变结构单元的长宽参数来满足这个条件。除此之外，为了在液晶的几何相位消失的条件下同样有较好的聚焦效果，还需考虑结构单元的共振相位能否形成一个透镜相位。结合以上两个要求，通过电磁场仿真来优化结构参数。图4是本实用新型实施例提供的一种介质超构表面的结构单元从中心到边缘位置的长宽参数图。整体趋势是从中心到边缘长度基本保持不变，宽度逐渐减小，这是由于较大的结构能提供较大的线性相位色散，因此放在中间位置。

残余的与频率无关的相位项d可以通过液晶几何相位来实现。几何相位是液晶、晶体等各向异性材料旋转光轴过程中引入的只与光轴的几何方向有关的相位，几何相位等于旋转角度的2倍。图5是本实用新型实施例提供的一种可调太赫兹透镜的液晶层的几何相位分布和对应的液晶指向矢分布图。可以看到，相位分布在任意径向连续变化，因此，液晶的指向矢方向也在径向连续变化。这种空间各异的液晶取向分布可以通过偏振光对取向剂的分区取向来诱导液晶取向。

图6是本实施例中的介质超构表面样品的局部区域在扫描电子显微镜下的照片，微结构与理想参数吻合得很好。图7是本实用新型实施例提供的一种可调太赫兹透镜的液晶层在正交偏光显微镜下的取向照片。由于本实施例中透镜的结构单元周期为60μm，因此，对应的几何相位也是像素化的。

利用FDTD电磁场仿真来模拟这种可调太赫兹透镜的聚焦效果。图8是本实施例提供的可调太赫兹透镜在未加电压条件下的聚焦效果模拟图，从左到右依次为0.9THz，1.0THz，1.1THz，1.2THz，1.3THz，1.4THz下的太赫兹远场强度分布图。可以看到在这个波段内太赫兹远场呈现出很好的消色差聚焦的，焦距在12mm。注意到跟设计的15mm的焦距有误差，这个误差是由于在制备超构表面的过程中由于不同r位置的结构单元长宽参数不同，导致等离子刻蚀速率不同，最终导致样品中间的刻蚀深度较小而边缘区域的刻蚀深度较大，从而产生了聚焦误差。

利用基于光导天线产生和探测太赫兹波的方法表征这种可调太赫兹透镜的聚焦效果。图9是本实施例的一种可调太赫兹透镜在未加电压条件下的聚焦效果实验测试图，从左到右依次为0.9THz，1.0THz，1.1THz，1.2THz，1.3THz，1.4THz下的太赫兹远场强度分布图，上面是波前传播面上的光斑图，下面是波前传播方向上的强度图。可以看到实验结果与模拟结果基本吻合，焦斑略大于衍射极限，说明聚焦效果较好。

在对液晶层加上饱和电压时，几何相位调制消失，透镜呈现色散聚焦效果。图10是本实施例的可调太赫兹透镜在加饱和电压下的聚焦效果模拟图，从左到右依次为0.9THz，1.0THz，1.1THz，1.2THz，1.3THz，1.4THz下的太赫兹远场强度分布图。图11是本实用新型实施例提供的一种可调太赫兹透镜在加饱和电压下的聚焦效果实验测试图，从左到右依次为0.9THz，1.0THz，1.1THz，1.2THz，1.3THz，1.4THz下的太赫兹远场强度分布图，上面是波前传播面上的光斑图，下面是波前传播方向上的强度图。可以看到模拟和实验的结果中从0.9到1.4THz范围内随着频率增大焦距均逐渐减小。

图12是本实施例的可调太赫兹透镜在未加电和加饱和电压下的聚焦效率图。可以看到总体上不加电时的聚焦效率要低于加电时的效率，这是由于不加电时几何相位有一个产生效率，而加电时不用考虑几何相位的效率。整体的效率由几何因素决定：超构表面结构单元的偏振转换效率，液晶几何相位的效率，所有结构层的吸收和散射损耗以及样品制备的不完美。这些因素可以通过优化结构参数，液晶层厚度，引入低损耗的基板等方法来改进。

如图13所示为本实施例的可调太赫兹透镜的制备流程示意图，如图14为制备方法各步骤示意图；其制备方法包括如下步骤：

步骤120、提供基板和一侧面上设有介质超构表面层的介质层；

介质超构表面层的制备工艺包括：对高阻硅片进行清洗，然后利用光刻工艺将掩膜版上的图形转移到硅片上，再利用等离子体刻蚀刻掉裸露的硅，直到刻蚀到目标深度停止刻蚀，最后用丙酮把残余光刻胶洗去。

步骤121、在基板和介质层相邻的一侧分别形成石墨烯电极层，分别为第一电极层和第二电极层；即在介质层未设置超构表面的一侧表面形成石墨烯电极层，在基板朝向介质层的一侧表面形成石墨烯电极层；

步骤122、在基板和介质层相邻一侧分别形成光控取向层，即在第一电极层上制备第一取向层，在第二电极层上制备第二取向层；

其中，在基板和介质层上制备光控取向膜前，还包括对基板和介质层进行预处理，该预处理工序包括：将基板和介质层用洗液超声清洗10～30分钟，再用超纯水超声清洗两次，每次各8～10分钟，然后在100℃～120℃烘箱中烘干40～60分钟，最后进行紫外光臭氧清洗30～45分钟。

步骤123、在基板的第二取向层上设置间隔粒子，并与介质层进行封装，使得基板和介质层相对设置，且超构表面位于远离基板的一侧，第一光控取向层朝向基板，第二光控取向层朝向介质层；

步骤124、对光控取向膜进行多步重叠紫外偏振曝光，以形成具有指向矢在径向连续渐变分布的控制图形。

步骤125、在基板和介质层之间灌注所述液晶材料，光控取向薄膜的控制图形控制液晶层的液晶分子指向矢在径向连续渐变分布。

如图15所示为可调太赫兹透镜的功能示意图，在不加电条件下所有涉及频率范围内的THz波具有相同的焦距，在加上饱和电压时液晶分子会竖立起来，此时透镜焦距随频率发生变化，频率越大，焦距越小。

本实用新型的太赫兹透镜主要由一层液晶层和一层介质超构表面叠加而成；液晶层中液晶分子指向矢沿径向呈周期性0°～180°渐变分布，以形成所需的对太赫兹波前进行聚焦的几何相位型调控；介质超构表面由长方形硅柱阵列组成，硅柱单元的长宽尺寸从阵列中心到边缘逐渐减小，以形成所需的对太赫兹波前的共振相位型调控。上述两种相位调控的叠加实现了该器件在宽波段内消色差的聚焦效果；当对液晶层垂直加电时，几何相位型调制消失，只有介质超构表面的共振相位起作用，该器件形成宽波段内的色差聚焦效果，且随着频率的升高，焦距逐渐减小。

该可调太赫兹透镜在不加电的条件下，消色差太赫兹透镜可用于THz高光谱成像，可结合生物分子的特征THz“指纹谱”来鉴别不同的生物组织；该太赫兹透镜在加电的条件下，色散透镜可以应用到光谱仪或者层析成像中，可将不同频率的THz能量在空间上分开，并单独地加以利用。

Claims

1.一种可调太赫兹透镜，其特征在于：包括相对设置的基板和介质层，以及位于所述基板和介质层之间的液晶层；介质层远离基板的一侧设有介质超构表面层，介质超构表面层包括各向异性介质柱阵列结构，介质柱的宽度由超构表面的中心向边缘沿径向逐渐减小；

基板和介质层相对的内侧面上分别设有电极层，所述二电极层相对的内侧面上分别设有取向层，记为第一取向层和第二取向层；第一取向层和第二取向层具备相同的取向方向，均为沿径向呈周期性0°～180°渐变分布的取向以诱导液晶分子进行取向；液晶层设置于第一取向层和第二取向层之间，液晶层中的液晶分子指向矢在取向层面内沿径向呈周期性0°～180°渐变取向。

2.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述基板的材质为石英、聚酰亚胺或高阻硅，介质层的材质为高阻硅。

3.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述介质柱阵列的结构单元为长方形介质柱或椭圆形介质柱。

4.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述介质柱阵列的结构单元为长方形介质柱，入射太赫兹波频率为0.9～1.4THz时，介质柱的长为10～50μm，宽为10～50μm，高为150～300μm，周期为50～100μm。

5.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述电极层的材料为少层石墨烯、PEDOT或ITO纳米晶须；所述取向层均为光控取向层。

6.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述液晶层的液晶材料为双折射率材料，具有第一折射率和第二折射率；在入射至所述可调太赫兹透镜的入射光的频率范围在0.9～1.4THz时，所述第一折射率和第二折射率之间的差值为Δn，0.2≤Δn≤0.4。

7.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：所述可调太赫兹透镜还包括位于基板和介质层之间的间隔粒子，间隔粒子用于支撑基板和介质层以形成液晶层的填充空间。

8.根据权利要求1所述的可调太赫兹透镜，其特征在于：入射光频率范围为0.9～1.4THz时，液晶层的厚度为200～300μm。