[发明专利]一种叉指型的透射式太赫兹四分之一波片

说明书

本发明请求保护一种基于“叉指”型结构的透射式太赫兹四分之一波片，太赫兹四分之一波片的基本组成单元是矩形周期单元，该矩形周期单元由金属图案层、中间介质层、金属图案层构成，两个金属图案层的图案相同，金属图案层由矩形金属环及其内侧交叉放置的四个矩形金属条组成。本发明具有很强的实用性，与同性能太赫兹四分之一波片相比，结构更加简单，加工可行性得到提高。该太赫兹四分之一波片的工作带宽大，转换效率更高，未来在太赫兹无线通信、太赫兹探测、太赫兹成像等领域具有极大的发展潜力。

技术领域

本发明属于太赫兹四分之一波片技术，具体而言，是一种“叉指”型结构的透射式太赫兹四分之一波片。

背景技术

“太赫兹”(THz)指的是频率在0.1～10THz范围内的电磁波，其介于技术相对成熟的微波频段与红外波频段之间。与微波通信相比，太赫兹通信具有数据传输率高、容量大、波束窄、方向性好、保密性好、抗干扰能力强、具有等离子体穿透能力等优势，且太赫兹天线体积更小，在大气层外衰减很小，适合卫星通信、星地通信、航天器内部通信等。因此太赫兹通信被视为第六代或第七代通讯技术的基础。与微波相比，太赫兹波的频率更高、带宽更大、方向性更好、更易与物质分子发生相互作用，是电磁学的一个重要研究方向。极化是电磁波的基础物理特性之一，其在无线通信、生物成像、光化学反应等方面具有重要研究价值。

太赫兹四分之一波片是一类重要的太赫兹无源器件，它的作用是将入射的线极化太赫兹波分解为两个极化方向垂直、幅度相等、相位相差2nπ±π/2的线极化波，即将线极化波转换为圆极化波，若逆向使用则可将圆极化波转换为线极化波。近年来太赫兹四分之一波片已成为国内外研究的热点和难点。在传统的光学中，通常利用单轴晶体的双折射特性来实现线极化波向圆极化波的转换，但单轴晶体制成的四分之一波片的工作带宽很窄，不能满足实际需求。现有的太赫兹四分之一波片主要有三种：开环谐振型，十字型和曲折线型，其均具有结构复杂、转换效率低、成本高等诸多缺点，因此有必要设计一种结构简单、工作带宽大、转换效率高的太赫兹四分之一波片来满足未来太赫兹通信、成像、监测等领域的需求。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种结构简单、工作带宽大、转换效率高的“叉指”型的透射式太赫兹四分之一波片。本发明的技术方案如下：

一种“叉指”型的透射式太赫兹四分之一波片，其由若干个矩形周期单元呈棋盘状紧密平铺而成，相邻单元并无间隙。该矩形周期单元共有三层，由上至下分别是第一金属图案层、中间介质层、第二金属图案层，第一金属图案层和第二金属图案层两个金属层的图案相同，所述金属层由矩形金属环及矩形环内侧的‘叉指’型结构组成，所述‘叉指’型结构即为四个交叉放置的矩形金属条，其摆放方式类似于微机电系统中的叉指式结构，因此称为‘叉指’型结构。第一金属图案层与第二金属图案层共同实现强电磁谐振，提高器件的透射效率，中间介质层的厚度即为两个金属层的间距，主要功能为阻抗匹配。

进一步的，所述四个交叉放置的矩形金属条，形状大小相同，交叉放置。

进一步的，所述中间介质层的介电常数为2.0～3.0，损耗正切为0.0027～0.27，其厚度为20～40μm。

进一步的，所述中间介质层为聚酰亚胺、罗杰斯系列、双苯并环丁烯中的一种。

进一步的，所述第一金属图案层和第二金属图案层的材料为金、铜、铝中的一种，厚度为50～500nm。

进一步的，所述第一金属图案层和第二金属图案层的矩形金属环外侧的水平方向长度为55～60μm，垂直方向长度为50～55μm。

进一步的，所述四个交叉放置的矩形金属条，其长度均为25～30μm，宽度均为4～8μm，相邻矩形金属条的中心线距离为4～8μm。

进一步的，所述的每个“叉指”型矩形周期单元矩形周期单元结构的水平方向周期长度为70～80μm，垂直方向周期长度为60～70μm。