[发明专利]一种双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料

说明书

本发明涉及一种双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料，其超材料是由两个方向相反的凹型结构重复获得，在介质中和介质层上设置有对称排列的两层凹型结构的金属层；每层金属层的排列形状为：一排中相邻两个凹型的开口方向相反，上下排结构一致；以超材料每层的几何中心为原点，中心对称的两个相反凹形金属结构；所有凹形金属结构尺寸相同，距离相等；凹型结构的第一金属层与第一介质底层距离为3μm～10μm；第二介质层正反两侧排列的两排凹型结构的金属层的距离为15μm～30μm。本发明采用“介质‑金属‑介质‑金属”结构，在太赫兹波段下明显观测到优秀的环偶极子时，其Q7.5，对于太赫兹波段的理论研究和实验测试具有重要意义。

技术领域

本发明是一种双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料，采用“介质-金属-介质-金属”结构的环偶极子超材料，能够有效增强正面入射强度，其Q值也可以达到7.5左右，利用环偶极子在太赫兹频段的电磁性能，可用于制备太赫兹传感器、调频器、滤波器等太赫兹器件。

背景技术

太赫兹(THz)波是位于微波和远红外之间的电磁波。太赫兹波是从上世纪80年代被正式命名的，随着新材料、新技术的发展在上世纪90年代太赫兹发射源和探测器取得了一系列突破，因此在国际范围内掀起了一股太赫兹研究的热潮。太赫兹在宽带通信、电子检测、无损伤探测、天文学与以及安全检查等领域有着广泛的应用。环偶极子作为第三类辐射源，在自然界中普遍存在，但是却难以观测。1957年Zel’dovich I B首次提出了磁环偶极子，因为其所具有的独特性质极大的吸引了广大学者的注意力。2007年Marinov K等人首次在理论上设计了可观测磁偶极子的超材料，由此开始，超材料成为研究环偶极子的主要材料，但并未制备超材料，无法直接验证理论正确性。通过对超材料中的环偶极子的研究也验证了许多在其他波段成立的物理特性，如：圆二色性以及旋光性等。2015年Basharin A A等人首次设计出了工作在太赫兹波段的可以观测到环偶极子的超材料，预测了环偶极子超材料在太赫兹频段具有广阔的应用前景。然而Basharin A A等人设计的超材料是由金属圆柱构成，主要为介质材料，限制了其应用范围，而在本设计中基底采用柔性材料聚酰亚胺，因此本设计中的超材料具有很高的现实意义和十分广阔的应用范围。

发明内容

本发明采用“介质-金属-介质-金属”结构的太赫兹环偶极子超材料，此种材料的介质可以用聚酰亚胺Polyimide，具有Q值高，谐振频率可调节等优良的性能指标。

本发明的技术方案如下：

一种双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料，其超材料是由两个方向相反的凹型结构重复获得，在介质中和介质层上设置有对称排列的两层凹型结构的金属层；每层金属层的排列形状为：一排中相邻两个凹型的开口方向相反，上下排结构一致；以超材料每层的几何中心为原点，中心对称的两个相反凹形金属结构均相距-5μm～30μm，并且凹形结构的外部长度和宽度分别为150μm～155μm和77μm～83μm，凹形结构内部的长和宽范围分别为92μm～132μm和68μm～51.5μm；厚度为0.2μm～0.6μm；所有凹形金属结构尺寸相同，距离相等；凹型结构的第一金属层与第一介质底层距离为3μm～10μm；第二介质层正反两侧排列的两排凹型结构的金属层的距离为15μm～30μm。

优选条件是：以超材料每层的几何中心为原点，中心对称的两个相反凹形金属结构均相距0μm～20μm，并且凹形结构的外部长度和宽度分别为151μm～153μm和79μm～81μm，凹形结构内部的长和宽范围分别为100μm～128μm和67.5μm～54.5μm；厚度为0.3μm～0.5μm；凹型结构的第一金属层与第一介质底层距离为4μm～8μm；第二介质层正反两侧排列的两排凹型结构的金属层的距离为18μm～27μm。

本发明的双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料的制备方法；采用“介质-金属-介质-金属”的光刻法和真空热蒸镀法；包括如下步骤：

(1)第一层Polyimide介质制备：使用甩胶机将聚酰亚胺酸涂在已经处理好的硅片上，将样品放入高温烘箱内进行薄膜的亚胺化；获得第一介质层；