[发明专利]柔性基底的太赫兹手性超材料吸波器及制造方法

说明书

本发明公开了一种柔性基底的太赫兹手性超材料吸波器及制造方法，吸波器中，吸波器由相互阵列组合的多个的太赫兹手性超材料单元形成，使得吸波器在太赫兹波段具有至少两个吸收峰，N瓣金属手性结构绕所述柔性基底中心对称排列，第一圆环部分小于N分之一完整圆环，长方体连接柱经由顺时针方向上所述第一圆环部分的第一端垂直向下延伸到下表面，第二圆环部分小于N分之一完整圆环，所述第二圆环部分在下表面自所述长方体连接柱处朝逆时针方向水平延伸，第一圆环部分、长方形连接柱和第二圆环部分构成一体的“Z”形结构。

技术领域

本发明属于太赫兹超材料技术领域，特别是一种柔性基底的太赫兹手性超材料吸波器及制造方法。

背景技术

太赫兹(Terhertz，THZ)波通常是指电磁波谱上位于红外辐射和微波之间的电磁波辐射，波长范围为0.03mm～3mm，频率范围为100GHz～10THz，又被称为T射线或者亚毫米波射线，其在电磁波谱上的位置如图1所示，其长波段与毫米波重合，而短波段则与红外线有所交叠，这使得太赫兹波兼具微波和光波的一些特性，但又不能完全适用于低频微波理论和高频光学理论。虽然大自然中太赫兹辐射源随处可见，但由于缺少有效的源发射太赫兹波，并且对太赫兹波的探测也缺乏有效的手段和设备，因此太赫兹波曾一度成为电磁波谱中不为人所知的空白，被称作太赫兹间隙。太赫兹波具有能量低、传透性好、大带宽等优良特性。

超材料是一种单元结构尺度小于工作波长的人工周期结构，它可以改变电磁波传输过程中的振幅、相位、偏振等的电磁参数的空间分布，从而有效操控电磁波的传输与局域，具有自然材料所不具备的超常规物理特性，如负折射率、逆多普勒效应等。超材料的电磁性质主要取决于它的周期单元结构，而不是取决于组成超材料的材料的本征属性，通过调整亚波长周期单元结构的几何参数如特征形状的尺寸以及周期尺寸可以实现超材料的介电常数和磁导率的人工控制，进而实现电磁波功能器件的研发制造。超材料作为一种崭新的结构型材料，其独特的电磁特性，为传统电磁理论开辟了崭新的研究空间，有关于超材料的研究具有深远的研究意义和广阔的应用前景。

手性是指结构的几何形态不能通过平移或旋转变换与其镜像图形重合，手性在自然界中无处不在，如蛋白质、DNA、石英晶体等，而且其在光学、生物学、化学、医药和生命科学等领域有着重要的作用。手性超材料是超材料的一个分支，其中手性描述的是超材料的几何形状特性，指超材料的几何形态不能通过平移或旋转与其镜像重合。手性超材料因其自身几何结构的特殊性而具有很奇特的电磁性质，通过手性材料的电磁波，其电场和磁场分量均能诱导磁极化和电极化，即产生交叉耦合效应，使得左旋圆极化波和右旋圆极化波通过手性材料后有不同的折射率，导致它们之间产生相位延迟，表现出很强的旋光性，另外，电磁波透过手性材料后会产生很大的圆二色性。可以利用手性超材料实现电磁波的吸收，手性吸收表现为对左旋圆极化波(LCP)和右旋圆极化波(RCP)的不同响应，可分为选择性吸收和非选择性吸收。选择性吸收是指当LCP/RCP电磁波入射到手性超材料表面时，只高效吸收某一种手性波，非选择性吸收是指手性超材料表现出对LCP和RCP同等程度的吸收。

现有技术中，一种由金属-介质-金属组成的柔性吸波器，该种吸波器顶层为金属圆片周期排列组成的频率选择表面，中间层为一种柔性介质，下层为在金属薄膜底板上周期排列的圆环槽组成的频率选择表面。该种结构具有柔性的特征，可以发生弯曲等变形以适应不同的应用场合。但由于该吸波器上层与下层的结构并不相同，因此只在单面透射时有吸波的作用，且该吸波器在其工作频段内只有单个吸收峰，这限制了它的实际应用范围。一种双层手性超材料吸波器由金属与介质基底组成。其中，金属部分构成了手性结构且该结构的顶层与底层是相连通的，当左旋圆极化波入射时金属线表面感应出强电流，而当右旋圆极化波入射时，金属表面的电流密度明显弱于左旋圆极化波的情况，相互耦合可以忽略，即右旋圆极化波可以低损耗地通过该结构，而左旋圆极化波则由于强烈的相互谐振，被完美吸收。该吸波器是一种选择性手性吸波器，可以实现选择性的左旋吸收与右旋传输。但是该结构在吸收频段吸收带窄且只有单个吸收峰，非柔性的特征也限制了它的实际应用。