[发明专利]一种对称型太赫兹偏振不敏感人工微结构

说明书

本发明公开了一种对称型太赫兹偏振不敏感人工微结构，具有中心对称裂环结构的透射型超曲面，用于产生各种谐振模式，包括衬底介质基板，所述衬底介质基板上设置有金属结构，所述金属结构由多个十字金属谐振单元周期性排列组成，每个十字金属谐振单元包括正方形外框和十字形格栅结构，所述十字形格栅结构为正方形外框内部设置的十字形且中心处被隔断的格栅。无论是LC谐振还是偶极谐振，几何结构的振动对谐振频率和传输振幅的影响都很小。在TE和TM激励下，透射率结果一致，具有偏振不敏感的特点，可用于提高无偏振入射光高速调制器的调制深度。由于高阶谐振模的激励，本发明还可以在高灵敏度生物检测和窄带滤波等各种环境中得到运用。

技术领域

本发明涉及太赫兹调制器技术领域，具体涉及一种对称型太赫兹偏振不敏感人工微结构。

背景技术

超表面是一种平面材料，由介质基板上的周期性微观结构阵列组成。它可以被认为是二维超材料，一种由工程亚波长结构组成的新材料，以获得有效的性能。这些人工设计的材料因其能够通过诸如调制器、探测器和发生器和光学滤波器等结构控制和操纵材料的电磁波而得到广泛的应用。近几十年来，超表面技术在太赫兹频率区域得到了广泛的应用。在太赫兹频率范围内，由于缺乏合适的材料，很难开发用于太赫兹技术实现的电子和光学元件。超表面则可以解决这一难题，如今也出现了一些针对太赫兹频率区域而设计的新型设备。设计结构中的共振是设计超曲面电磁特性的关键。一些超表面结构及其相应的共振模式已被广泛研究。电磁特性的几何依赖性对于优化超曲面的共振也是至关重要的。目前，太赫兹器件由于其尺寸较小，在加工中会产生一定的误差，而这些误差也会影响太赫兹器件的部分的结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如今的许多超表面结构很难同时出现多种不同谐振模式，本发明提供了解决上述问题的一种对称型太赫兹偏振不敏感人工微结构，该结构有多种不同的谐振模式，在TE和TM激励下，透射率结果一致，具有偏振不敏感的特点，可用于提高无偏振入射光高速调制器的调制深度。由于高阶谐振模的激励，本发明还可以在高灵敏度生物检测和窄带滤波等各种环境中得到运用。

在本发明中，演示并分析了一种新的超表面，它支持几种不同的共振模式：LC共振、偶极共振和高阶偶极共振。每一个共振都可以通过分析它们的电磁特性来识别和区分，如结构上的透射光谱、电磁场和电流密度分布。对电磁特性的几何依赖性进行了系统的分析，结果表明，几何参数的微小变化对共振频移和传输振幅几乎没有影响。通过提供更多的冗余，这一特性有利于此类结构的制造。此外，设计的结构还独立于几种应用中所需的入射光束偏振状态。

本发明通过下述技术方案实现：

一种对称型太赫兹偏振不敏感人工微结构，包括衬底介质基板，所述衬底介质基板上设置有金属结构，所述金属结构由多个十字金属谐振单元周期性排列组成，每个十字金属谐振单元包括正方形外框和十字形格栅结构，所述十字形格栅结构为正方形外框内部设置的十字形且中心处被隔断的格栅。

所述格栅结构采用金属材料，所述格栅结构包括四个矩形条和四个三角形条，一个矩形条末端对应连接一个三角形条，三角形条的底边与矩形条的宽度相等，且三角形条顶角均指向正方形外框的内中心处，一个矩形条与一个三角形条形成一组，总共形成交叉垂直的四组，且四组在正方形外框的内中心有一个十字形隔断，所述十字形隔断的每条隔断与矩形条呈45度角；相邻三角形条的对边之间相互平行，且平行边之间的距离为1.8～2.3μm，此距离记作间隙宽度。

本发明实现不同应用环境的方案是由金属结构由十字金属谐振单元周期性排列组成，每个十字金属谐振单元包括正方形外框和十字形格栅结构，十字形格栅结构为正方形外框内部设置的十字形且中心处被隔断的格栅；本发明在两个正交极化模式(TE模式和TM模式)的透射光谱在频率范围50GHZ～500GHZ内重叠，该结构具有偏振不敏感的特点，可用于提高无偏振入射光高速调制器的调制深度；本发明共有六个谐振点，后四个谐振点为高阶偶极共振模式，在实际中，这些尖锐的共振在高灵敏度生物检测、窄带滤波、调制等各种应用中可以得到广泛使用。