[发明专利]一种基于类原子空位缺陷的太赫兹波调制器

说明书

一种基于类原子空位缺陷的太赫兹波调制器，属于太赫兹波调制器技术领域。包括衬底，以及形成于衬底之上的超材料结构层；所述超材料结构层包括多个阵列排列的超材料单元，所述超材料单元由4个2×2排列的C型谐振环组成，其中，任意一个C型谐振环为半导体材料或二氧化钒，其余的三个C型谐振环为金属材料。本发明单元结构中的一个C型谐振环为半导体材料或二氧化钒，其余的三个C型谐振环为金属材料，其中，半导体材料或二氧化钒的引入将作为结构单元中的“空位缺陷”，可呈现出双谐振的效果；同时进一步，通过加热或者光泵浦的外部激励方式，即可实现对太赫兹波的主动调控，结构简单，稳定性好。

技术领域

本发明属于太赫兹波调制器技术领域，具体涉及一种基于类原子空位缺陷的太赫兹波调制器。

背景技术

太赫兹波是介于光子学与电子学之间的电磁波，它通常是指0.1THz至10THz范围的电磁波，在通信、成像、雷达等领域都有着非常广泛的应用。同时太赫兹波技术被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一，被日本列为“国家支柱十大重点战略目标”之首。毫无疑问，太赫兹调控器件成为了关键的核心器件之一。

超材料是指人工制作的复合微结构材料，具有自然界材料所不具备的电磁特性。目前，已有较多研究利用超材料对太赫兹波进行调控，主要通过动态调节人工微结构本身的尺寸参数、或者调节其所处的介质环境，或者通过调节两种太赫兹谐振体之间的耦合来实现对太赫兹波的主动调控，大多结构复杂，制作工艺复杂困难，并且多是对于单谐振进行的调控。然而，对于具有固定结构和介质环境的太赫兹超材料阵列，利用人工微结构阵列间存在的缺陷来调节超结构阵列对太赫兹波的响应，从而实现对太赫兹的调制的方式并未见报道。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种基于类原子空位缺陷的太赫兹波调制器。本发明太赫兹波调制器，仅含一种基础超材料结构(C型开口谐振环)，通过在超材料阵列中利用半导体材料引入“空位缺陷”，就可以改变太赫兹超材料阵列之间的耦合，无需改变人工微结构所处的介质环境和单元结构参数，就可以观察到明显的双频现象，再结合外部激励手段，就能实现对太赫兹波的主动、高速的调制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于类原子空位缺陷的太赫兹波调制器，其特征在于，所述太赫兹波调制器包括衬底，以及形成于衬底之上的超材料结构层；所述超材料结构层包括多个阵列排列的超材料单元，所述超材料单元由4个2×2排列的C型谐振环组成，其中，任意一个C型谐振环为半导体材料或二氧化钒，其余的三个C型谐振环为金属材料。

进一步地，所述超材料单元中，一行的两个C型谐振环开口相对设置，另一行的两个C型谐振环的开口向相反方向。

进一步地，所述衬底为二氧化硅或蓝宝石，厚度为100μm-1mm。

进一步地，所述超材料结构层的厚度大于或等于100nm。

进一步地，所述金属材料为铜、铝、金、银、镍等；所述半导体材料为硅、砷化镓等。

进一步地，所述超材料单元的尺寸≤工作波长的十分之一。

进一步地，所述超材料单元器件的工作频率在太赫兹频段。

进一步地，本发明提供的一种基于类原子空位缺陷的太赫兹波调制器，单元结构中的一个C型谐振环为半导体材料或二氧化钒，其余的三个C型谐振环为金属材料，单元结构中，半导体材料或二氧化钒的引入，会产生“空位缺陷”，使得单元结构之间的相互作用发生改变，产生类电磁透明现象，进而呈现出双谐振的效果。该太赫兹调制器在无任何外界激励的条件下，在0.3THz～0.7THz内具有双谐振。