[发明专利]一种静电驱动的太赫兹超材料调制器

说明书

本发明公开了一种静电驱动的太赫兹超材料调制器。调制器由两个相互平行的超材料、处于两个超材料中间的绝缘薄膜构成。这两个超材料具有相同的金属光栅，而金属光栅之间的金属谐振结构分布周期也相同。使用静电吸力和斥力可以调节它们之间的距离，进而改变谐振结构间的耦合状态，从而实现目标频率太赫兹波的调制。本发明公布的调制器虽然加工工艺简单，但是依然具有较高的调制幅度和较宽的有效频段。本发明可以应用于微波段、太赫兹波段。

技术领域

本发明涉及一种使用静电力进行驱动的太赫兹波段超材料调制器，属于人工超材料和电磁波调制技术领域。

背景技术

由亚波长周期性结构构成的人工超材料为太赫兹波调制器的设计提出了一条全新的方向。多种基于超材料的太赫兹调制器已经在通信、成像等领域得到验证。

按照原理不同，可调超材料可分为材料调节和重构调节两类。材料调节，如光控半导体方案、电动石墨烯方案、温控氧化钒方案、温控超导材料方案等，都是利用天然材料介电常数的可调节实现超材料的调节。因此其调节性能受到材料性能的限制。重构调节是将超材料谐振单元加工成相互耦合的固定和可动两部分，利用两者的位置变化实现对目标频率电磁波的调制。由于可由人工设计和优化谐振单元，重构方式的调节能力较高。

按照驱动方式不同，重构调节又分为机械驱动、静电驱动、磁力驱动和气压驱动等。其中静电驱动主要利用静电同性相斥、异性相吸的特性，在谐振单元的固定和可动两部分上分别施加不同的静电压，以实现两者相对位置的调整，从而最终实现超材料的调节。静电驱动的可调超材料具有调节精度高、速度快等优点。但是同重构调节的其他方案一样，静电调节也需要使用复杂的多层MEMS工艺加工谐振单元的可动部分。而静电调节方案还需要为每个谐振单元设计导线线路，因而加工工艺更加复杂。因此如何设计超材料结构，在实现调节功能的基础上，简化其加工工艺，是目前研究者所面临的一个难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种静电驱动的太赫兹超材料调制器，使用静电引力和斥力直接调整两片相互耦合的超材料的整体间距，从而实现目标频率太赫兹波的调制。

本发明提供了如下技术方案：一种静电驱动的太赫兹超材料调制器，其特征在于：包括第一超材料、第二超材料、第一电极、第二电极和绝缘薄膜；所述绝缘薄膜位于所述第一超材料和所述第二超材料中间；所述第一超材料和所述第二超材料均由片状基底，分布在基底一个表面上的一维金属光栅和在光栅金属条之间，沿着光栅金属条方向周期性分布的金属谐振单元构成；所述第一超材料和所述第二超材料上的光栅周期和光栅方向相同；所述第一超材料上的金属光栅条末端由导线连接到第一电极；所述第二超材料上的金属光栅条末端由导线连接到第二电极；所述第一超材料和第二超材料上的金属谐振单元的分布周期相同；所述第一超材料和所述第二超材料中至少有一个采用柔性材料作为基底。

进一步地，所述第一超材料边缘和所述绝缘薄膜粘接，但是并不密封；所述第二超材料边缘和所述绝缘薄膜粘接，但是并不密封；粘接时需要保证所述第一超材料上的金属光栅条和所述第二超材料上的金属光栅条重合。

进一步地，所述绝缘薄膜的厚度小于被调制太赫兹波波长的1/6。

进一步地，所述第一超材料上的金属谐振单元和所述第二超材料上的金属谐振单元能够相互耦合，且所述耦合对所述第一超材料和所述第二超材料的间距敏感。

进一步地，所述第一超材料上的金属谐振单元和所述第二超材料上的金属谐振单元由偏振方向垂直于光栅方向的电磁波激发电磁谐振。

进一步地，所述第一超材料在靠近所述绝缘薄膜的一侧表面分布金属光栅和金属谐振单元；所述第二超材料在靠近所述绝缘薄膜的一侧表面分布金属光栅和金属谐振单元。