[发明专利]一种响应频段实时可调的太赫兹波光子晶体器件及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种响应频段实时可调的太赫兹波光子晶体器件及其制备方法和应用，属于太赫兹波应用技术以及3D打印技术领域。将高磁导率的磁性材料与柔性材料相结合，通过无模直写三维打印技术实现光子晶体三维阵列，具有不同几何周期结构的三维阵列以及其中的粉体材料协同作用可实现对不同频段太赫兹波的吸收，利用磁性材料对外加磁场的响应，来进一步改变光子晶体隐身器件三维周期结构，该光子晶体器件可为一种可调的光学窗口，实现对不同频段太赫兹波的隐身与调制，同时也可以作为一种探测器感应器件所在空间外界磁场的变化。

技术领域：

本发明涉及太赫兹波应用技术以及3D打印技术领域，具体涉及一种响应频段实时可调的太赫兹波光子晶体器件及其制备方法和应用。

背景技术：

光子晶体是指为了实现一定电磁场响应而设计具有一定周期结构的一类材料。在电磁波隐身领域，当电磁波入射光子晶体中时，由于光子晶体的特殊空间阵列结构，而造成光子禁带，在光子禁带当中，光子态密度消失，导致电磁波无法传播，进而实现在该频段的隐身。

传统的隐身材料(包括现有的基于光子晶体理论的隐身材料)，例如隐身战机的隐身涂层，是通过对飞机外形，几何设计，使雷达波照射到飞机上后被吸收，减少对雷达波的反射，实现隐身。但是该频段多集中在G赫兹频段，该频段应用成熟，技术壁垒日渐消失，现有的研究表明，未来该领域的技术争夺将会从G赫兹领域转向太赫兹频段领域，将导致传统的隐身材料的失效与淘汰。另外，现有的隐身材料具有工作频段单一、工作频段不可调的固有缺陷，不利于建立技术壁垒，现在了该技术的发展。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种响应频段实时可调的太赫兹波光子晶体器件及其制备方法和应用，该太赫兹波光子晶体器件可作为一种可调的光学窗口，实现对不同频段太赫兹波的隐身与调制，同时也可以作为一种探测器感应器件所在空间外界磁场的变化。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种响应频段实时可调的太赫兹波光子晶体器件，是由具有高磁导率的磁性材料与柔性基底材料复合而成，具有三维的周期性结构；其中：所述具有高磁导率的磁性材料的含量为10-90wt.％。

所述具有高磁导率的磁性材料为铁粉、铁氧体粉、四氧化三铁粉、三氧化二铁粉、含铁化合物粉末、铁钴粉、铁镍粉、铁碳粉或铁钴粉；所述柔性基底材料为有机硅胶。所述三维的周期性结构为面心立方结构。

该太赫兹波光子晶体器件对太赫兹波的响应频段会随外加磁场的变化而变化。

所述响应频段实时可调的太赫兹波光子晶体器件的制备方法为：首先将具有高磁导率的磁性材料与柔性基底材料按所需比例混合均匀，获得磁性复合浆料；然后将所得磁性复合浆料通过无模直写三维打印成型技术打印成三维的周期性结构；最后经固化处理后获得所述响应频段实时可调的太赫兹波光子晶体器件。该方法具体包括如下步骤：

(a)配制磁性复合浆料：将具有高磁导率的粉体材料按比例加入到柔性基底材料中，搅拌均匀后获得磁性复合浆料，即3D打印墨水；所述磁性复合浆料中，具有高磁导率的磁性材料的含量为10-90wt.％；

(b)通过无模直写成型技术打印三维的周期性结构：将步骤(a)所得磁性复合浆料按照设定的木堆结构三维阵列路径进行打印，所设三维阵列空间上为面心立方结构；

(c)固化成型：将步骤(b)打印好的三维阵列进行固化成型处理，处理温度0-100℃，处理时间24-0.5小时，即获得所述响应频段实时可调太赫兹光子晶体器件。

本发明太赫兹光子晶体器件在太赫兹波的作用下能够实现特定波段的吸收，从而实现对该波段的隐身。

本发明太赫兹波光子晶体器件作为可调的光学窗口，通过改变外加磁场，能实现对不同频段太赫兹波的隐身与调制。