[发明专利]一种基于平面开口环结构的太赫兹增透膜

权利要求书

1.一种基于平面开口环结构的太赫兹增透膜，其特征在于：

所述基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，整体结构简单，包含两层结构：聚合物介质基底和金属超材料层。

2.根据权利要求1所述的基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，其特征在于：金属结构为外部圆环、内部开口方环及连接线组成，并且三者线宽相同。

3.根据权利要求2所述的基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，其特征在于：内部方形金属环的四个边角位置有四个相同大小的平行开口。

4.根据权利要求2所述的基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，其特征在于：外围圆环与内部方环的四个边之间由金属线连接，且这四段连接金属线长度相等。

5.根据权利要求1所述的基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，其特征在于：聚合物介质基底为聚酰亚胺(polyimide)，其厚度为22μm；用于支撑，同时与金属结构一起组成超材料增透膜。

6.根据权利要求5所述的基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，其特征在于：聚合物介电常数为1.2+3.24×10-3i；聚合物材质柔软，有效增加了超材料的涂覆柔韧性，使其可灵活地覆在非平面的结构表面实现增透应用。

7.根据权利要求1所述的基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，其特征在于：为了更加贴近于应用场景，超材料以硅为基底进行建模。

8.根据权利要求7所述的基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，其特征在于：选择硅的介电常数为11.9，电导率为2.5×10-4S·m－1。

9.根据权利要求1所述的基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜，其特征在于：电场和磁场方向平行于金属表面，即x或y方向，波的传播方向为z方向。

10.一种基于平面结构的宽带太赫兹超材料增透膜的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、在x和y方向上复制任意数目的该结构单元来构成实用的超材料结构；

步骤二、超材料传感器通过多层电镀技术(Multilayer electroplating)结合传统的光学蚀刻法进行制备；首先在商用的硬质基底如硅基或者蓝宝石上，完成了聚合物层的生成后，而后在聚合物上电镀金属结构的基板层；

步骤三、实现超材料增透膜前，需先对超材料的光学特性进行数值计算分析；数值计算的完成是通过商用的电磁仿真软件CST Microwave完成的；该增透膜可以在0.79THz至1.28THz之间对反射产生较强的抑制作用，反射率最低点出现在1.08THz处，幅值小于0.0001；将TE波作为入射波和TM波作为入射波的仿真结果进行对比分析，由于所设计结构具有四重对称性，所以当入射波偏振态改变时，响应结果并没有发生改变；

步骤四、由于增透膜在1.08THz表现出对反射率的强烈抑制作用，即工作波长为276.27μm，此钱币型增透膜的物理厚度为22.2μm，因此工作波长远大于超薄增透膜的厚度，满足介质等效条件；为了研究增透膜反射抑制原理，在此假设本次设计的平面开口环结构超材料增透膜为均质四分之一波长增透膜，根据等效折射率的理论计算结果为3.11；

步骤五、利用反演参数算法得到此增透膜的等效折射率曲线，可得出在1.08THz处的等效折射率为2.85+0.69i，由此可以证明反射低谷的产生是因为折射率满足了四分之一波长增透膜原理；

步骤六、根据金属圆环在一定区间变化时的反射波谱，及绘制出的带宽与金属圆环之间的关系，确定当圆环直径为44μm时，表现出较强的容差特性，为最优值；

步骤七、根据聚酰亚胺厚度在一定区间变化时的反射波谱，及绘制出的带宽与聚合物厚度之间的关系，确定当厚度为22μm，制备存在一定误差时，该超材料仍保持较强的反射抑制特性。