[发明专利]基于石墨烯的可调谐太赫兹超表面及电路

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的可调谐太赫兹超表面及电路，包括由下至上依次设置的金属接地板、介质层、石墨烯金属层，其中，所述金属接地板作为反射基底；所述石墨烯金属层包括两对石墨烯贴片和两个金属环，两个金属环为外金属环和内金属环，两对石墨烯贴片设置在外金属环和内金属环之间。本发明通过改变施加两对石墨烯贴片上的偏置电压，从而改变石墨烯贴片的化学势，改变两个环路之间的耦合，实现本发明可调谐太赫兹超表面在低反射率和高反射率之间的切换，进而实现超表面的可调谐，解决了单一超表面单元结构不能同时实现吸波模式和反射模式的问题。

技术领域

本发明属于超表面技术领域，涉及一种基于石墨烯的可调谐太赫兹超表面及电路。

背景技术

超表面，通常是由一组人工散射体按一定的顺序排列而设计组成的。由于超表面在自然界中罕见的特殊性质，在过去的十年中得到了广泛的发展。通过对不同性质的超表面进行工程设计，从而可以实现特定的功能。从微波频率到太赫兹(THz)频率，甚至到光学频率，超表面在电磁学中得到了广泛的应用，如传感器、透镜、吸波器和反射器等。在这些应用程序中，不同的功能是通过满足所需反射或传输特性的不同单元几何形状来实现的。例如，在THz波设计了一个交叉偶极子及其互补结构，具有显著的高灵敏度。在通信波长上，利用v型偶极子构成的单元来实现波束聚焦。

一般来说，为了更好的性能，许多个体化的超表面单元被提出用于高反射/传输或吸收效率的应用，然而，这降低了被研究超表面单元在其他应用中的可用性。在对单元结构进行重大修改之前，很少发现一个给定的超表面单元可以同时用于两种极端应用，既具有高反射效率，又具有吸收效率。

因此，需要研究新型的超表面结构以满足在同一种超表面单元结构下能够同时实现吸波模式和反射模式之间的切换。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的可调谐太赫兹超表面及电路。

包括由下至上依次设置的金属接地板、介质层、石墨烯金属层，其中，

所述金属接地板作为反射基底；所述石墨烯金属层包括两对石墨烯贴片和两个金属环，两个金属环为外金属环和内金属环，两对石墨烯贴片设置在外金属环和内金属环之间。

优选地，所述金属接地板的材质为金或银。

优选地，所述介质层的材质为二氧化硅。

优选地，所述金属接地板与所述介质层的边长相同，二者的边长即为超表面周期。

优选地，所述外金属环和内金属环的中心相同，边长不同，四边平行。

优选地，所述两对石墨烯贴片为两对表面积不同的长方形，每对石墨烯贴片设置在外金属环的不同对边侧。

基于上述目的，本发明还提供了一种基于石墨烯的可调谐太赫兹超表面的电路，包括外石墨烯金属环电路，内石墨烯金属环电路和顶层反射板电感L_GND，所述外石墨烯金属环电路与内石墨烯金属环电路并联后，与顶层反射板电感L_GND串联。

优选地，所述外石墨烯金属环电路包括外石墨烯金属环电阻R₁，外石墨烯金属环电感L₁，外石墨烯金属环电容C₁和外石墨烯金属环与内石墨烯金属环互耦电感L_gra，其中，R₁与L₁串联后与C₁、L_gra并联。