[发明专利]一种太赫兹频段可重构数字电磁超材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹频段可重构数字电磁超材料及其制备方法，属于人工电磁材料领域，其中，通过控制单元结构的微管道内是否泵入液态金属，得到两种数字状态的单元结构，实现单元的可重构。对两种数字状态的单元结构进行编码组合，得到数字电磁超材料。现有技术实现非周期的太赫兹可重构数字电磁超材料十分困难。本发明无需在电磁超材料单元内添加额外的电子器件或半导体材料，即可实现非周期的太赫兹可重构数字电磁超材料，具有易于设计、低成本、操作简单等特点。

技术领域

本发明属于人工电磁材料领域，更具体地，涉及一种太赫兹频段可重构数字电磁超材料及其制备方法。

背景技术

太赫兹波通常是指介于微波与红外之间，频率在0.1-10THz的电磁波。面对实际应用，完整的太赫兹系统不但需要高效的辐射源及探测器，也需要各类高性能的有源/无源光学器件，从而实现对太赫兹信号的有效操控。然而，大部分天然材料在太赫兹波段具有较大的吸收率，且不具备可扩展性，导致没有合适的材料可被用于制备太赫兹频段的各类光学器件。正因如此，基于电磁超材料的结构和器件越来越多被用于太赫兹波的操控。

电磁超材料是一类基于人工设计的电磁结构。它通常由一系列亚波长量级的单元结构按照周期形式排布而成。通过改变单元结构的形状、尺寸、单元结构的间距以及排布方式来调整超材料在宏观上的电磁参数，从而获得所需要的电磁响应特性。近年来，各类基于电磁超材料的器件不断涌现，其应用频段涵盖了微波至可见光频段。

电磁超材料通常不具备可重构性，一旦设计成型，其电磁响应参数便已经固定。在太赫兹频段设计出可重构的电磁超材料可以进一步提高对太赫兹波的操控能力，使同一器件拥有不同的电磁响应特性。可重构的电磁超材料从微波至可见光波段均有报道。理论上这些方式均可用于太赫兹频段可重构电磁超材料的实现。然而不同方法在物理机制上的差异将直接影响超材料的性能、工艺复杂性、频谱可扩展性、成本及可重构度(调制深度)。现有实现太赫兹可重构超材料的方法主要包括通过额外施加偏置电压或光学方法改变结构中或衬底上半导体的载流子浓度，利用MEMS结构或具有相变性质的材料等。然而，以上各方法主要针对基于周期结构的电磁超材料阵列，无法针对单个单元进行可重构。现阶段针对非周期结构的太赫兹频段电磁超材料的实现报道较少，这主要是因为无论何种方法实现非周期结构的可重构，都意味着需要对单个的单元结构进行独立控制，大大增加了实现的复杂度。虽然微流控技术也已被用于实现可重构的电磁超材料，但在文献中只报道了微波频段内基于周期结构的谐振环，对基于非周期结构的太赫兹频段电磁超材料的设计尚未有报道。

在中国发明专利说明书CN103904436A中提出了“编码及数字电磁超材料”的概念。其核心思想是将电磁超材料的单元结构尺寸及所对应的幅度、相位特性从连续可变改为离散可变。这大大简化了单元结构的设计和制备难度。最简单的1比特编码超材料由两种最基本单元结构组成：“0”单元和“1”单元。两种单元的透射(反射)相位差为180度。通过对0和1单元进行不同的编码排序，能够组成各种类型的非周期结构，从而实现对电磁波的调控。如果能够通过某种手段改变所设计的单元结构，使其可以在0状态和1状态之间切换，这种由状态可调的数字单元组成的电磁超材料通常被称为“数字电磁超材料”。数字电磁超材料即为一种基于非周期结构的可重构电磁超材料。迄今为止，尚未有文献对太赫兹频段的数字电磁超材料进行过报道。

由此可见，现有技术存在实现非周期的太赫兹可重构数字电磁超材料十分困难的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种太赫兹频段可重构数字电磁超材料及其制备方法，由此解决现有技术存在实现非周期的太赫兹可重构数字电磁超材料十分困难的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种太赫兹频段可重构数字电磁超材料的制备方法，包括：

通过控制单元结构的微管道内是否泵入液态金属，得到两种状态的单元结构，对两种状态的单元结构进行编码组合，得到数字电磁超材料。