[实用新型]一种基于石墨烯的频率可调谐的宽带圆极化转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及太赫兹器件及石墨烯技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的频率可调谐的宽带圆极化转换器。

背景技术

电磁波的极化在实际应用中起到十分重要的作用，这种特性被用于THz成像、THz传感等。基于超表面的新型极化转换器件具有重量轻、结构简单、损耗低等优点而被广泛应用。然而该类器件中的超表面是由金属材料构建，由此设计的极化转换器件功能单一，工作频率不具备可调谐特性，必须通过修改超表面的几何结构形状和参数进行重新设计，才能够调谐器件的极化转换功能和工作频率，极大限制了器件的应用。此外，现有基于超材料的反射型极化转换器的地板为金属，它对反射电磁波引入固定的180°附加相位，当调谐器件的工作频率时，由于金属地板只能提供固定附加相位，这使得在超表面的干涉条件被破坏，从而影响器件的工作性能，因此器件的调谐带宽受限。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有极化转换器的工作频率不具备可调谐特性的问题，提供一种基于石墨烯的频率可调谐的宽带圆极化转换器，其具有宽带和频率可调谐的特性。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于石墨烯的频率可调谐的宽带圆极化转换器，包括宽带圆极化转换器本体，该宽带圆极化转换器本体由介质基底层、设置在介质基底层上表面的石墨烯超表面层、以及设置在介质基底层下表面的石墨烯地板层组成；石墨烯超表面层为单层镂空的石墨烯片，即在该层石墨烯片上开设有多个呈矩阵排列的蝶形孔，每个蝶形孔均是由2个大小一致的等腰三角形孔通过顶角相对或相叠设置所形成的轴对称图形；石墨烯地板层由多层具有相同性能参数的石墨烯片堆叠而成；在石墨烯超表面层和介质基底层之间施加偏置电压V₁和/或在石墨烯地板层和介质基底层之间施加偏置电压V₂，并通过施加不同的偏置电压V₁和/或偏置电压V₂来调节石墨烯超表面层的费米能级E_F1和/或石墨烯地板层的费米能级E_F2，从而实现宽带圆极化转换器本体的宽带和频率的动态可调谐。

上述方案中，每个蝶形孔既关于横轴即x轴对称，又关于纵轴即y轴对称。

上述方案中，石墨烯超表面层和石墨烯地板层的每层石墨烯片的厚度为0.335nm～1nm。

上述方案中，石墨烯超表面层通过化学沉淀法附着于介质基底层的上表面。

上述方案中，石墨烯地板层通过随机堆叠法附着于介质基底层的下表面。

上述方案中，介质基底层为硅片。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优势：

1、基于石墨烯超表面实现工作频率调谐，并且石墨烯超表面采用互补结构，单元之间的石墨烯表面相连接，方便偏置电压的施加；

2、采用多层石墨烯片代替金属地板，不仅对电磁波有较高的反射作用，并且可以动态调谐反射电磁波的相位，使其在宽频带范围内满足超表面处的电磁波干涉条件，解决了普通器件调谐带宽窄的问题；

3、通过调节石墨烯的费米能级，该极化转换器在0.46-0.9THz实现了线极化波-圆极化波的转换，在此频率范围内圆极化轴比均小于3dB，有较好的圆极化性能。

附图说明

图1为基于石墨烯的频率可调谐的宽带圆极化转换器的立体结构示意图。

图2为基于石墨烯的频率可调谐的宽带圆极化转换器的石墨烯超表面单元放大结构示意图。

图3为基于石墨烯的频率可调谐的宽带圆极化转换器的石墨烯偏压V₁和V₂加载方式示意图。

图4为当上层石墨烯费米能级E_F1＝0.4eV，底层多层石墨烯费米能级E_F2＝0.4eV时，本实用新型的u极化方向电磁波入射后的反射系数曲线图。

图5为调节石墨烯费米能级E_F1，E_F2得到的圆极化轴比调谐带宽曲线图。

图中标号：1-1、石墨烯超表面层；1-2、介质基底层；1-3、石墨烯地板层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本实用新型的保护范围。