[发明专利]基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器及方法和应用

权利要求书

1.一种基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器，其特征在于：器件包括若干超材料单元，单元从下至上依次包括底层VO₂层、介质隔离层和顶层VO₂层，底层VO₂层、介质隔离层、顶层VO₂层都为关于x、y轴对称的轴对称图形且三者中心重合，单元分为两种：第一单元和第二单元，第一单元和第二单元的顶层VO₂层面积不同、介质隔离层大小相同，第一单元和第二单元均以n*n的规模组成两个不同的子阵列，记为第一子阵列和第二子阵列，n的范围为4-10，第一子阵列和第二子阵列在整个器件上沿x和y方向相间排列成M*N的阵列排列，M5，N5，x为入射波的电场或磁场方向，相应的y为磁场或电场方向，z是入射波来的方向，器件完全由介质材料构成，不包含任何金属材料；

器件工作模式有两种：反射模式和透射模式，当器件温度高于VO₂相变温度时，VO₂相变为金属态，器件工作在反射模式，两种单元之间反射相位差在170°-190°，反射率高于0.8；当器件处于常温时，VO₂表现为绝缘态，不需要考虑相位和反射率条件。

2.根据权利要求1所述的一种基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器，其特征在于：介质隔离层为正方形，顶层VO₂层和底层VO₂层为关于x和y轴对称的图形，且三层材料的中心在xy平面上投影重合。

3.根据权利要求1所述的一种基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器，其特征在于：底层VO₂层和中间的介质隔离层大小相同。

4.根据权利要求1所述的一种基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器，其特征在于：中间介质隔离层为正方形，边长为50-200μm，厚度为20-500μm，介质隔离层介质选自蓝宝石晶体、高阻硅，石英。

5.根据权利要求1所述的一种基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器，其特征在于：顶层VO₂层的厚度为0.2-2μm，底层VO₂厚度为0.2μm-2μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器，其特征在于：当所述器件温度高于VO₂相变温度时，VO₂相变为金属态，两种单元之间反射相位差为170°-190°，反射率高于0.8。

7.权利要求1至6任意一项所述的一种基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器的工作方法，其特征在于：该器件通过热控或者光控可以在两种工作状态间切换，在常温下，该器件工作在透射模式，对太赫兹波表现为高透射，当器件温度高于VO₂相变温度时，器件工作在反射模式，对太赫兹波起分束器作用，当太赫兹波垂直入射到阵列表面时，太赫兹波被反射成四束能量近似相等但传播方向不同的波束。

8.权利要求1至6任意一项所述的基于介质超表面的双模式太赫兹波束调控器在室内太赫兹通信场景的应用，其特征在于：

(1)模式一：在室内太赫兹通信场景中，房间内布设有一个信号源和两个通信终端，并且房间墙壁上贴附带有控制器的超表面器件，在房间内需要进行多个终端同时通信的情况下，通过操控控制器将超表面器件切换到反射模式，太赫兹波束经过超表面器件反射后分成多个波束，并且在信号源与通信终端之间的视距被障碍物阻挡的情况下，通过反射的方式绕开障碍物并与多个终端成功通信；

(2)模式二：在室内太赫兹通信场景中，相邻的第一房间和第二房间的墙壁上贴附带有控制器的超表面器件，并且只有第一房间布设一个信号源而第二房间并没有安装信号源，如果需要第一房间的信号源和第二房间的通信终端进行通信时，通过调整控制器将超表面器件切换到透射模式，在透射工作模式下，所述器件自身不会成为通信的阻碍，第一房间内的信号源发出的太赫兹波束能透过超表面与第二房间的通信终端经过第二房间内的超表面器件反射进行高速通信，而不用部署多个信号源。