[发明专利]太赫兹调控器件及制备方法、矢量光束生成器及设计方法

说明书

本发明涉及一种太赫兹调控器件及制备方法、矢量光束生成器及设计方法，该太赫兹调控器件包含了三层金属超构表面及两层介质层，其中第一超构层与第二超构层是互相垂直的光栅，第一超构层与第二超构层之间设置有天线层。通过构建太赫兹调控器件的模型，通过模拟结果，可以得到多个具有不同几何参数的基本太赫兹调控器件，多个基本太赫兹调控器件周期性排列，组成了太赫兹矢量光束生成器件，该太赫兹矢量光束生成器件工作于透射模式下，满足了在探测和应用过程中对不同偏振光束的需求，使得探测和应用更加方便简单。

技术领域

本发明涉及太赫兹光学器件领域，特别是涉及一种太赫兹调控器件及制备方法、矢量光束生成器及设计方法。

背景技术

太赫兹是在电磁波谱中介于红外和微波之间的电磁辐射，由于其独特的性质，在国防安全，无损检测，无线通讯等领域具有重要的应用价值。但是相对于太赫兹源和探测器，太赫兹功能器件的发展相对缓慢。这是由于自然界中缺少与太赫兹高效相互作用的材料。

现有的超构表面结构大部分为单层或双层结构。单层结构的超构表面结构在探测过程中只能使用反射模式，仅能对反射的+-1级次的衍射光的相位或偏振态进行独立调控；双层超构表面结构同样也是只能进行偏振转化，不能对电磁波的偏振态和相位进行同时调制。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种太赫兹调控器件及制备方法、矢量光束生成器及设计方法，从而满足同时调控太赫兹电磁波的相位和偏振态的要求，以透射模式取代传统的反射模式，解决了探测困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种太赫兹调控器件，包括三层超构表面及两层介质层；所述三层超构表面包括相对设置的第一超构层和第二超构层，及设置在所述第一超构层与第二超构层之间的天线层；所述第一超构层与天线层之间和所述天线层与所述第二超构层之间分别设置一介质层；第一超构层与第二超构层是相互垂直的光栅；所述天线层设置有开口天线。

可选的，所述天线层包括C形、V形、L形或棒状的开口天线。

可选的，所述介质层的材料为太赫兹可穿透的介质材料。

可选的，所述第一超构层的光栅与x轴的夹角为θ，所述第二超构层的光栅与x轴的夹角为θ-90°，所述天线层的对称轴与x轴的夹角为θ-45°；

所述x轴所在坐标系为以所述三层超构表面的中心为原点，以经过所述原点且平行于所述三层超构表面的横向边的线为x轴建立的直角坐标系。

本发明还提供了一种太赫兹矢量光束生成器，包括若干周期性排列的太赫兹调控器件；

每一个所述太赫兹调控器件包括三层超构表面及两层介质层；所述三层超构表面包括相对设置的的第一超构层和第二超构层，及设置在所述第一超构层与第二超构层之间的天线层；所述第一超构层与天线层之间和天线层与第二超构层之间分别设置有介质层；第一超构层与第二超构层是相互垂直的光栅；

若干所述太赫兹调控器件中包含至少一种天线层。

可选的，所述天线层包括C形、V形、L形或棒状的开口天线。

本发明还提供了一种太赫兹矢量光束生成器的设计方法，具体包括：

按照上述要求构建太赫兹矢量光束生成器模型；

设定所述太赫兹矢量光束生成器模型的工作中心频率及入射光的频率范围；

通过监视器获得透过所述太赫兹矢量光束生成器件模型的光场信息并进行数据分析，获取所述太赫兹矢量光束生成器件模型的几何参数；

改变天线层的天线的开口角度，获取出射偏振光的振幅和相位随开口角度的变化曲线；