[发明专利]一种基于H形结构的宽带太赫兹四分之一波片

说明书

本发明请求保护一种基于H形结构的透射式太赫兹四分之一波片，其太赫兹四分之一波片的基本组成单元是正方形周期单元，该正方形周期单元由两个金属贴片层及其中间的连续介质层构成，金属贴片的形状为H形。本发明提出的结构具有很强的实用性，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，工作效率高，结构简单，作为太赫兹领域的基础功能器件，本发明提出的太赫兹四分之一波片在太赫兹无线通信、太赫兹探测、太赫兹成像等领域具有极大的应用前景。

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，尤其涉及宽带太赫兹四分之一波片技术。

背景技术

太赫兹(THz)介于微波频段与红外波频段之间，其主要频率范围为0.1～10THz，对应波长范围为0.03～3mm。太赫兹波具有穿透能力强、时域频谱信噪比高、瞬时带宽大和时域脉冲窄等特点，且太赫兹波在大气层外衰减很小，适合于卫星间通信和航天器内部通信等。由于上述种种优点，太赫兹波可被用于新一代通信系统。太赫兹通信被视为第六代或第七代通讯技术的基础。另外，太赫兹波还在探测、成像等领域具有很大的发展潜力，是电磁领域最重要的研究热点之一。

太赫兹四分之一波片是太赫兹通信或传感系统中一种重要的太赫兹无源器件。四分之一波片最早用于光波段，主要功能是将一束线偏振光分解为两束正交、相位相差90°的线偏振光，即一束圆偏振光。将其原理引入太赫兹波段，即可将线极化太赫兹波转化为圆极化波，若入射波为圆极化波，则出射波为线极化波。近年来太赫兹四分之一波片已成为国内外研究的热点。

超材料利用其灵活多变的结构设计可以实现许多传统物质材料无法实现的物理现象，包括负折射率、慢光效应等。超材料还具有可缩放特性，通过尺度缩放可以在不同的频段内实现类似的效应，为太赫兹四分之一波片的研究开辟了新道路。

现有的太赫兹四分之一波片大都存在结构复杂、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太赫兹通信、检测等领域的需求。

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、转换效率高的基于H形结构的宽带太赫兹四分之一波片。本发明的技术方案如下：

一种基于H形结构的宽带太赫兹四分之一波片，其包括：若干个呈周期排列的正方形周期单元，该正方形周期单元共有三层，类似三明治结构，由上至下分别是第一金属贴片层(1)、连续介质层(2)、第二金属贴片层(3)。两个金属贴片层即为H形金属贴片。所述H形金属贴片由两条平行金属条和一条连接它们的金属条组成。第一金属贴片层(1)和第二金属贴片层(3)即为H形金属贴片，所述H形金属贴片由一对平行金属条和一个连接它们的金属条组成。第一金属贴片层(1)和第二金属贴片层(3)之间的电谐振与磁谐振实现了太赫兹波的高透射率。

进一步的，所述第一金属贴片层(1)和第二金属贴片层(3)的形状相同，均为H形。

进一步的，所述正方形的周期单元的周期为100μm。

进一步的，所述H形金属贴片的平行金属条对的长度为60～75μm，连接它们的金属条的长度为75～90μm，所有金属条的线宽均为4～6μm。

进一步的，所述第一金属贴片层(1)和第二金属贴片层(3)的材料为金、银、铜中的一种，厚度为50～500nm。

进一步的，所述第一金属贴片层(1)和第二金属贴片层(3)是厚度为0.2μm、电导率为4.561×10⁷S/m的金层。

进一步的，所述连续介质层(2)介电常数为3.0～4.0，损耗正切为0.0027～0.27，其厚度为40～55μm。

进一步的，所述连续介质层(2)的材料为聚酰亚胺、罗杰斯系列、熔融石英中的一种。