[发明专利]一种超材料调制器

说明书

本发明公开了一种超材料调制器，包括自上而下排列的表层、石墨烯层、柔性介质层和硅长方条结构衬底层。本发明在硅衬底上刻蚀硅长方条结构形成全介质超材料，利用硅长方条结构与太赫兹波相互作用产生共振，通过激光入射或施加电压的激励方式引起石墨烯层的电导率发生改变，从而实现对太赫兹波的光/电调控。利用全介质材料低损耗的特点，可以实现较高的调制深度。

技术领域

本发明涉及太赫兹通信技术领域中关键功能器件之一的太赫兹波信号调制器，特别是涉及新型超高灵敏动态调制太赫兹波超材料调制器。

背景技术

超材料是具有亚波长大小的人工微结构经过周期性排列构成的，其具有的独特电磁特性是自然材料不具备的。人工设计的单元结构的几何形状对电磁波有独特的光学响应。近年来，超材料成为非常规光学设备发展的热点。随着人们对更多样化功能的追求，超材料功能多样化不断扩展到动态可调的领域。光/电调控基于石墨烯与超材料相结合领域是增强光学响应的重点领域。在这一光/电调控光学响应的背景下光电调控石墨烯被应用与超材料相结合实现超高灵敏度的调制效果引起了人们对其研究的极大兴趣。

太赫兹（THz）技术的发展举世瞩目，并且成为新世纪最为重要的核心技术之一。由于独特的光学特殊性，例如，低光子能量、高穿透性，生物大分子指纹谱等，太赫兹技术广泛应用在公共安全、通讯、以及生物医疗等方面。其中太赫兹的调控成为目前研究热点，超构材料可通过与特定的光电材料结合来实现对太赫兹波动态可控的光学响应。由于太赫兹光子的能量较低，很多物质对于太赫兹光的响应十分微弱，使太赫兹功能器件的研究和发展仍然相对滞后，高效主动的太赫兹调制器件仍然十分匮乏，国内使用没有自主知识产权，缴纳高额的专利使用费，现有的太赫兹波调控器件性能远未达到太赫兹系统应用所需要的指标。目前针对太赫兹超材料的发明专利，例如，东莞理工学院（CN 110244476 A）发明了一种基于硅微纳米结构的太赫兹调制器，该太赫兹调制器可在极低的泵浦光功率下实现对太赫兹波的调制，在900mW的泵浦光功率下调制深度可达90％以上；合肥工业大学（CN111381394 A）发明提供了一种太赫兹超构材料调制器，该调制器不仅调制深度大而且插入损耗小，其调制深度为92%；中国工程物理研究院流体物理研究所（CN 111175996 A）发明了一种太赫兹调制器，该调制器通过施加电压实现衬底材料的电导率极大变化，从而引起载流子浓度的极大变化，通过调节衬底110材料两端施加的电流大小调节太赫兹波的透过率，实现了太赫兹波的透过率的调制，其调制深度达到99.9%。事实上以上描述的调制深度远远未达到应用指标。因此有必要结合现有新材料的发展，发掘和研究更好的新型太赫兹波快速调控结构和体系，实现对太赫兹波快速、高效的调控。

发明内容

本发明提供了一种基于石墨烯超高调制深度的超材料调制器，解决目前调制效果差以及无法实现应用等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超材料调制器，所述超材料调制器包括自上而下排列的表层、石墨烯层、柔性介质层和硅长方条结构衬底层；

所述硅长方条结构衬底层由两部分硅材料组成，上面部分是若干个相同的硅长方条结构相间排列，下面部分是一定厚度的高阻硅片基底；

当泵浦光激励照射在超材料调制器上时，引起所述石墨烯层的电导率发生变化，实现对入射的太赫兹波透射强度的深度调制进行光/电调控；

所述硅长方条结构衬底层与所述太赫兹波相互作用产生共振，增加所述光/电调控的调制深度。

优选地，所述表层设置有第一金属电极；

所述石墨烯层设置有第二金属电极，所述第二金属电极与所述石墨烯层中的单层石墨烯相连；

所述第一金属电极与外接电源正极连接；所述第二金属电极与外接电源负极连接。

优选地，所述表层为离子胶层；所述离子胶层为所述石墨烯层提高偏压。