[发明专利]太赫兹波束扫描-极化复合调控器件及天线

说明书

本申请涉及一种太赫兹波束扫描‑极化复合调控器件及天线，太赫兹波束扫描‑极化复合调控器件包括两层级联的超表面，每层超表面均由多个超周期按照周期性排列构成；每个超周期均由十个人工原子一字排列构成；每个人工原子均由顶部硅柱、硅衬底和底部硅柱依次无缝层叠构成；顶部硅柱的截面形状和硅衬底的形状均为正方形，底部硅柱的截面形状为矩形；两层级联的超表面互相平行设置，且两层级联的超表面中的一层超表面的底部硅柱与另一层超表面的顶部硅柱相靠近；两层级联的超表面的相远离的两个表面分别固定一旋转机构，旋转机构带动对应的超表面旋转，且两层级联的超表面的旋转轴线重合。本申请具有动态调控太赫兹光束的波前和极化的效果。

技术领域

本申请涉及太赫兹光束动态调控的技术领域，尤其是涉及一种太赫兹波束扫描-极化复合调控器件及天线。

背景技术

太赫兹波段通常是指0.1～10THz频率范围内的电磁波，该波段介于红外与微波波段之间。因其独特的光谱特性，太赫兹波在天体物理学、通讯、材料、化学、国防安全、生物医学等领域有着广泛应用。

然而，太赫兹频段超过了电学放大器和混频器中所必不可少的半导体材料的截止频率，导致当前广泛采用的射频电子元件不再兼容太赫兹波段。因此，需要自由、动态地控制太赫兹波前和极化。

目前，由于缺乏合适的亚微米尺寸的可调谐元件，导致无法实现动态调控太赫兹光束的波前和极化。

发明内容

为了动态调控太赫兹光束的波前和极化，本申请提供一种太赫兹波束扫描-极化复合调控器件及天线。

第一方面，本申请提供一种太赫兹波束扫描-极化复合调控器件，采用如下的技术方案：

一种太赫兹波束扫描-极化复合调控器件，包括两层级联的超表面，每层所述超表面均由多个超周期按照周期性排列构成；

每个所述超周期均由十个人工原子一字排列构成；每个所述人工原子均由顶部硅柱、硅衬底和底部硅柱依次无缝层叠构成；所述顶部硅柱的截面形状和所述硅衬底的形状均为正方形，所述底部硅柱的截面形状为矩形；

所述两层级联的超表面互相平行设置，且所述两层级联的超表面中的一层超表面的底部硅柱与另一层超表面的顶部硅柱相靠近；

所述两层级联的超表面的相远离的两个表面分别固定一旋转机构，所述旋转机构带动对应的超表面旋转，且所述两层级联的超表面的旋转轴线重合。

可选的，所述人工原子在正交极化下的相位差ΔΦⁱ(r,t)＝-π/2，且平均相位依次线性相加π/5。

可选的，所述旋转机构为金属转台，所述超表面贴附于所述金属转台。

可选的，所述两层级联的超表面之间的距离为h₄，200μm≤h₄≤1000μm。

可选的，h₄＝600μm。

可选的，在极化波和极化波的正入射下,固定所述硅衬底的边长P和厚度h₂以及所述底部硅柱的一截面边长ω_y，利用时域有限差分法模拟所述人工原子随所述底部硅柱的另一截面边长ω_x和高度h₃变化的相位差ΔΦⁱ和透射系数幅值根据模拟得到的相图确定具有高透射性能及预期相位差的底部硅柱的截面边长ω_x和高度h₃。