[发明专利]基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件

权利要求书

1.基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，由周期结构组成，其特征在于，包括若干在xy平面上沿同一个方向周期排列的基本单元；每个基本单元包括两层：上层为石墨烯层，下层为介质层；介质层固定在衬底器件上；

实际加工过程为：首先在衬底器件上形成介质层薄膜，然后在介质层上采用化学方法或物理方法镀一层石墨烯薄膜形成石墨烯层；按照设定的周期和基本单元的个数，通过光刻或电子束曝光对石墨烯进行刻画，去掉多余的石墨烯薄膜形成一个个邻边开口的石墨烯方环，构成周期结构的石墨烯层；

当所有石墨烯层一次性刻画完毕后，将衬底器件的中间挖空，最后在石墨烯层上镀一层导电胶。

2.如权利要求1所述的基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，其特征在于，所述的每个基本单元对应的邻边开口的石墨烯方环结构相同，具体结构形状为：

将石墨烯方环的两个邻边去掉相同长度的石墨烯条，且形成的邻边开口结构沿对角线对称；邻边开口结构包括以下四种情况：将石墨烯方环左边和下边沿对角线对称的石墨烯条去掉，形成左下角对应的邻边开口方环结构；或者将石墨烯方环右边和下边沿对角线对称的石墨烯条去掉，形成右下角对应的邻边开口方环结构；或者将石墨烯方环左边和上边沿对角线对称的石墨烯条去掉，形成左上角对应的邻边开口方环结构；或者将石墨烯方环右边和上边沿对角线对称的石墨烯条去掉，形成右上角对应的邻边开口方环结构。

3.如权利要求1所述的基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，其特征在于，所述的衬底器件选用方环形或圆环形结构，总尺寸与电磁诱导透明器件的尺寸相同，总长度在50um～50mm范围内，衬底器件的厚度在150um～20mm范围内。

4.如权利要求1所述的基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，其特征在于，所述的挖空的衬底器件四周宽度为2mm～10mm。

5.如权利要求1所述的基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，其特征在于，所述的石墨烯层厚度为0.34nm～1nm；介质层由有机高分子聚合薄膜材料或氧化硅构成，厚度在1um～1mm之间。

6.如权利要求1所述的基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，其特征在于，所述的正方形石墨烯环的外边长小于周期长度，两个相邻方环的距离为1um～80um。

7.如权利要求1所述的基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，其特征在于，所述的石墨烯方环的宽度为0.1um～80um；邻边开口的长度小于方环的内环长度，开口宽度与方环的宽度相同。

8.如权利要求1所述的基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，其特征在于，所述的石墨烯层总周期数至少为7×7＝49，相邻两个基本单元的周期距离为1um～100um。

9.如权利要求1所述的基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，其特征在于，所述的电磁诱导透明器件，工作在太赫兹波段，具体工作过程如下：

首先，设置xyz坐标系，电磁诱导透明器件在xy平面周期排列，z轴垂直于电磁诱导透明器件的表面；

然后，一束x方向偏振的线偏振光沿z轴垂直入射到电磁诱导透明器件的表面后，由于超材料的作用，位于EIT谐振频率处的表面电流由于明模与暗模的相干相消，表面电流强度明显减弱，明模和暗模均得到抑制，从而在一个宽的吸收带中形成一个窄带的透明窗，形成EIT现象；

同样，当y方向偏振的线偏振光沿z轴垂直入射时，形成了与x方向偏振的线偏振光沿z轴垂直入射时完全相同的电磁诱导透明现象，即极化不敏感的电磁诱导透明现象；

当通过电压调节石墨烯的费米能级或化学势E_F变化时，EIT透明窗的工作频率和幅度将随电压发生改变；同时，由于设计的石墨烯层的特殊结构特性，x方向和y方向偏振的线偏振光的变化趋势完全相同；

石墨烯介电常数的计算公式如下：

其中，石墨烯电导率σ的表达式为:

h₁为石墨烯的厚度，ω是角频率，ε₀是真空中的介电常数，e是电子电量，为约化普朗克常数，k_B为玻尔兹曼常数，T是温度；E_F为费米能级，Г为载流子散射率；

综上，该邻边开口方环结构实现了外加电压可调的极化不敏感电磁诱导透明特性。