[发明专利]一种基于二氧化钒的太赫兹动态相位调制器

说明书

一种基于二氧化钒的太赫兹动态相位调制器，属于电磁功能器件技术领域。所述相位调制器包括介质基板，位于介质基板上的、带M×N镂空圆孔的金属层，形成于镂空圆孔之中、介质基板之上的二氧化钒‑金属混合控制结构；其中，所述二氧化钒‑金属混合控制结构包括“工”字形金属，以及设置于“工”字形金属四个端点的二氧化钒；通过外加激光控制二氧化钒的电导率，实现相位调制器的谐振频率变化，进而调制入射电磁波的相位。本发明基于二氧化钒的太赫兹动态相位调制器，利用带镂空圆孔的金属层超常透射结构的高透射率特性，在实现大于76°/3.2dB的相位调制的同时，透过率可达到约50％，在相位调制幅度较大的同时保证了较大的透射率。

技术领域

本发明涉及太赫兹的相位调制器件，具体涉及一种基于二氧化钒的动态且相位连续可调的超表面，属于电磁功能器件技术领域。

背景技术

太赫兹波指频率介于0.1THz～10THz范围内的电磁波，这种电磁波频率位于毫米波和红外之间，至今仍未得到很好的开发。而其在通信、成像、生命科学、空间技术、雷达技术等领域表现出了潜在的利用价值，具备极其重要的发展地位。

动态可调的太赫兹器件是太赫兹功能器件的研究重点，而其中动态调相器件则是太赫兹动态器件里不可或缺的一个种类。在通信系统中，通常采用相移键控的方式对载波进行调制编码，然后通过相干解调或差分相干解调的方式对信息进行提取。这种编码方式有效提升了信息传输的速率，而且在抗噪声性能上也具有很大的优势。在雷达系统中，传统的机械式扫描雷达需要复杂的馈电系统、庞大的天线单元，且其扫描速率受机械运动的限制导致速率大幅度下降，而太赫兹雷达系统对小型集成化、高速率有着极大的要求，这就需要采用相控阵雷达技术。相控阵雷达技术是利用动态调相器件对波束进行整形、定向，然后在空间中进行扫描的技术，该技术的重点在于对电磁波相位的控制，该技术无需机械运动且满足太赫兹雷达系统的需求，是现代雷达系统的一大发展方向。

针对通信和雷达系统领域的相关相位调制技术要求，大相位变化及小传输损耗的动态相位调制器件成为了研究的热门。动态可调的太赫兹器件通常基于不同的超表面研制而成，其动态变化需要外界条件的刺激如热源、电场、激光等。通过外界刺激对超表面中的电磁特性可变材料进行控制，可以改变其电导率、等效介电常数或者等效磁导率等电磁特性，从而达到对超表面的静态频率响应进行动态控制的目的。

二氧化钒的相变特性在1959年被人发现，其低温状态下的单斜晶体相会由温度变化成高温金红石晶体相，相变温度为68℃。在单斜晶体相下，二氧化钒表现为绝缘体态，而在金红石晶体相下，二氧化钒表现为金属态，两相之间的电导率变化约有4个数量级，且两相之间的变化是可逆的。此外，二氧化钒的相变特性还被发现可发生在电场刺激以及激光刺激下，且激光刺激相变可以实现超快调制(皮秒级)，这为太赫兹超快功能器件提供了基础。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种结构简单、每dB相位变化大、相位变化线性度高、损耗小的透射型太赫兹相位调制器。该相位调制器将二氧化钒与人工超表面进行结合，利用二氧化钒的电导率变化特性对相位进行调制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于二氧化钒的太赫兹动态相位调制器，包括介质基板，位于介质基板上的、带M×N镂空圆孔的金属层，形成于镂空圆孔之中、介质基板之上的二氧化钒-金属混合控制结构；其中，所述二氧化钒-金属混合控制结构包括“工”字形金属，以及设置于“工”字形金属四个端点的二氧化钒；通过外加激光控制二氧化钒的电导率，实现相位调制器的谐振频率变化，进而调制入射电磁波的相位。

进一步地，所述介质基板为蓝宝石、硅、高阻硅、GaAs或碳化硅等半导体材料。

进一步地，所述“工”字形金属材料为Au、Ag、Cu或Al。

进一步地，所述M2，N2。