[实用新型]J型平面结构太赫兹环偶极子超表面

说明书

本实用新型是一种单层J型平面结构太赫兹环偶极子超表面，其单元结构由两个呈180^o旋转对称的J型金属条构成，基底介质是高分子材料Mylar薄膜。金属层的排列形状为：每个单元结构中相邻的两个J型金属条呈180^o旋转对称，并且均相距0～30μm；J型结构的外部长度和宽度范围分别为145μm～155μm和100μm～220μm，J型结构的内部长度和宽度范围分别为125μm～135μm和80μm～160μm，厚度为0.2μm～0.6μm；J型金属结构中上下两臂长度差值为70～130μm；基底介质的厚度为15μm～30μm。“金属‑介质”结构的环偶极子超表面可有效增强正面入射强度，其Q值可达5左右。本实用新型可用于制备太赫兹传感器、调频器、吸波器等太赫兹功能器件。

技术领域

本实用新型是一种单层J型平面结构太赫兹环偶极子超表面制备，采用“金属-介质”结构的环偶极子超表面，能够有效增强正面入射强度，其Q值也可以达到5左右，利用环偶极子在太赫兹频段的电磁特性，可用于制备太赫兹传感器、滤波器、吸波器等太赫兹功能器件。

背景技术

太赫兹 (Terahertz)泛指频率在0.1～10 THz频段内的电磁波,其频率处于红外和微波之间，这一频段也是宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。太赫兹辐射是自然界中非常重要而实用的电磁波资源，具有区别于微波波段和红外波段所特有的特性，如互补特征强、抗干扰性强和时间空间相干性高等。太赫兹在宽带通信、电子检测、无损伤探测、天文学以及安全检查等领域有着广泛的应用。环偶极子是Zel'dovich 于1957年首次提出的，它独特的电磁性质，使其得到了许多科研工作者的关注。环偶极子与入射电磁波的耦合响应非常微弱，而能够和电磁波进行较强耦合的电、磁偶极子以及其它多极子往往会将其掩盖，致使环偶极子响应难以被观察到。一直以来由于环偶极子微弱的电磁响应，人们难以对其电磁特性进行观测，而超材料的引入为研究环偶极子提供了一个全新的方向。2007年，MarinovK等初次在理论上设计出一种环偶极子超材料，研究了该超材料的单向透射和负折射率及环境介电常数对其电磁特性的影响，由此开始，超材料成为研究环偶极子的主要手段。2010年，Kaelberer 等设计并制备了一种工作在微波频段的环偶极子超材料分子，首次在实验上探测出磁环偶极子；2014年，哈尔滨工业大学的王胜磊在开口谐振环的研究基础上建立了一种三维立体谐振环聚合体结构的环偶极子超材料；2016年华中师范大学的郭林燕通过对多极子相关理论的研究，提出了包括实现电环形偶极子及磁环形偶极子响应的基本模型，为后续环偶极子超材料的设计与研究提供了理论依据。然而现阶段设计的环偶极子超材料大部分是由复杂的3D立体结构构成，其加工困难较大、成本很高，限制了其应用范围。而在本设计是基于单层金属环的二维平面结构，其基底介质为柔性薄膜材料Mylar，因此本设计中的简易平面型超表面具有很高的现实意义和广阔的应用空间。

发明内容

本实用新型采用“金属-介质”结构构成太赫兹环偶极子超表面，介质材料采用高分子材料Mylar，该超表面具有双频环偶极子谐振响应、谐振频率可调节等优良的性能指标。

本实用新型的技术方案如下：

一种单层J型结构太赫兹环偶极子超表面，此超表面是由两个呈180^o旋转对称的J型结构重复获得，在介质层上设置有对称排列的一层J型结构的金属层；金属层的排列形状为：一排中相邻两个J型金属条呈180^o旋转对称；以超表面的几何中心为原点，呈180^o旋转对称的两个J型金属结构均相距0～30μm，并且J型结构的外部长度和宽度分别为145μm～155μm和100μm～220μm，J型结构内部的长和宽范围分别为125μm～135μm和80μm～160μm；厚度为0.2μm～0.6μm；J型金属结构中上下两臂长度差值为70μm～130μm；所有J型金属结构尺寸相同，且单元结构间的距离相等；J型结构的底层介质的厚度为15μm～30μm。