[发明专利]一种反射太赫兹波方向控制器

说明书

本发明公开了一种反射太赫兹波方向控制器。它由四种超级单元按一定顺序排列而成，其中每种超级单元都由4×4个相同单元结构组成，共有四种单元结构，其中相邻大小的基本结构单元在工作初始频率具有相同的反射相位，但在整个工作频段具有不同相位敏感度，当频率增加到工作截止频率时，相邻单元结构的相位差到达最大，为90度；由于该反射太赫兹波方向控制器具有相邻单元结构相位差随着频率增加而增加的特性，从而只需改变工作频率就可以实现太赫兹波向不同的方向反射。本发明具有结构简单、容易加工、控制效果好等优点。在太赫兹通信、太赫兹扫频器件等方面具有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及太赫兹波控制领域，尤其涉及一种反射太赫兹波方向控制器。

背景技术

超材料是由周期或者非周期亚波长结构组成的人工电磁媒介，其具有自然媒质所不具有的独特性质，如负的折射率、负的介电常数等。随着它的出现，很快就成为了科学界研究的热点。利用超材料实现了很多奇异现象，包括奇异反射、隐形斗篷、光学棱镜等。另外随着加工技术的出现，相关的基于超材料的器件也得到了飞速的发展，如吸收器、滤波器、开关、调制器等。但是对于控制太赫兹波反射的相关器件报道甚少。

随着广义菲涅尔定律出现，利用该定律与超材料结合，加速了对太赫兹波控制的研究速度，实现了对太赫兹波幅度、相位等的调制。但是这些器件共同的特点就是只能在单一频点工作或者当超表面结构被设计好之后它将只有单一的固定功能，无法利用一个超表面结构实现多种功能，例如，无法实现是太赫兹波向多个方向偏转。基于上述缺点，本发明设计一种能利用同一个超表面控制太赫兹波向多个方向反射的反射太赫兹波控制器。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种超表面结构，使其能对反射太赫兹波实现多角度反射。为了达到此目的，采用的技术方案如下：

反射太赫兹波方向控制器，它包括四种超级单元，其中每种超级单元都由4×4个相同单元结构组成，四种超级单元中共有四种单元结构，每种单元结构均包括底层金属薄片、中间聚酰亚胺层和顶层开口谐振层，顶层开口谐振层由正方形金属片在四条边的中心处分别开设一个正方形缺口形成，四个正方形缺口形状大小完全相同且中心对称；四种超级单元分4列顺次排布，且每列中仅有一种超级单元，每列超级单元个数相同；4列超级单元中的顶层开口谐振层总长度逐渐增大并且相邻列超级单元的单元结构在工作初始频率具有相同的反射相位，但在整个工作频段具有不同相位敏感度，当频率增加到工作截止频率时，相邻列超级单元的单元结构相位差为90度。单元结构的相位敏感度可以通过调整顶层开口谐振层的尺寸参数改变。由于该反射太赫兹波方向控制器具有相邻单元结构相位差随着频率增加而增加的特性，从而只需改变工作频率就可以实现太赫兹波向不同的方向反射。

基于上述方案，可进一步采用如下优选方式：

所述底层金属薄片为边长为90μm，厚度为0.2μm的的正方形铜片。所述中间聚酰亚胺层的边长为90μm，厚度为25μm。每列超级单元的个数均为8个。所述四种超级单元中，单元结构中的顶层开口谐振层总长度分别为30μm、72μm、80μm和83μm，正方形缺口的边长为所述正方形金属片边长的3/8。

本发明具有结构简单、容易加工、控制效果好等优点。在太赫兹通信、太赫兹扫频器件等方面具有巨大的潜在应用价值。

附图说明

图1是组反射太赫兹波方向控制器的超级单元俯视图；其中：(a)是超级单元1俯视图，其由4×4个单元结构1排列而成；(b)是超级单元2俯视图，其由4×4个单元结构2排列而成；(c)是超级单元3俯视图，其由4×4个单元结构排列而成；(d)是超级单元4俯视图，其由4×4个单元结构4排列而成；

图2是单元结构三维示意图；

图3是4种单元结构三维示意图；