[发明专利]一种低反射的石墨烯偏转型太赫兹波带片的制备方法

说明书

一种低反射的石墨烯偏转型太赫兹波带片的制备方法，属于太赫兹波技术领域。本发明采用激光直写技术在氧化石墨烯上形成类菲涅尔环的还原氧化石墨烯，得到的太赫兹波带片为氧化石墨烯和还原氧化石墨烯交替形成的结构，还原氧化石墨烯与氧化石墨烯的厚度相近。本发明太赫兹波带片在应用时，入射的太赫兹波束穿过波带片，还原氧化石墨烯图案部分会屏蔽入射波束，氧化石墨烯图案部分会发生衍射，从而改变波束的传播方向，进而实现太赫兹波的聚焦和偏转功能；得到的太赫兹波带片厚度仅为14‑20μm，利于太赫兹通信与成像系统的集成；其反射率低至10％，具有较小的回波损耗，可有效提升应用的太赫兹系统的稳定性。

技术领域

本发明属于太赫兹波技术领域，具体涉及一种应用于太赫兹波段的超薄柔性低反射石墨烯偏转型波带片的制备方法。

背景技术

近年来，太赫兹技术已经成功应用于安检成像、安全监测、生物理疗探测、无损检测与高频通信等多个领域。随着太赫兹技术在这些领域，尤其是在太赫兹成像与通信领域中的高速发展，太赫兹波束偏转与聚焦器件的需求越来越大。太赫兹波束偏转与聚焦器件是太赫兹成像与通信系统中实现波束整形偏转等功能的重要组成部分，传统的太赫兹成像与通信系统中通常使用透镜、离轴抛物面镜实现波束偏转与聚焦，但是受厚度与硬度限制，无法满足目前对太赫兹系统集成化、小型化的要求。

波带片是一种常见的实现偏转与聚焦功能的光学器件，常被应用于空间光学、图像识别和光通信等多个领域，近年来很多研究将波带片应用于微波、毫米波与太赫兹波段。相较于透镜，波带片的厚度有所降低，更适合于集成化系统。但现有的波带片一般为聚焦型的波带片，无法实现偏转功能，且波带片图案部分对入射波高反射。较强的反射波反射回发射源会对系统造成影响。而且，现有波带片常采用硬质基底，不适配多种应用场景。日本科研团队在2020年提出结合超表面的金属菲涅尔波带片(文献Han,ZL.Terahertz Fresnel-zone-plate film lens based on double-layer metamaterial phase shifter)，实现了波束聚焦的功能，厚度在80μm，且为硬质基底。不仅厚度较大不适合集成，而且不易弯折，金属材料对太赫兹波也为完全反射作用，性能方面也未加改良，仅实现聚焦效果，并未有偏转效果。2020年北京理工大学胡滨研究员提出使用聚酰亚胺诱导石墨烯(文献WangZY.Patterned laser-induced graphene for terahertz wave modulation)，厚度同样在80μm左右，聚酰亚胺诱导石墨烯对入射的波束完全反射，而且通常需要在硅、石英等衬底材料上制作与加工。结合已有太赫兹波带片存在的反射高、厚度大、制作成本高、基于硬质基底不利于集成等问题，一种用于太赫兹波段的超薄柔性低反射无衬底波带片亟待研发。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的现有波带片反射高、厚度大、制作成本高、基于硬质基底不利于集成等问题，提出了一种低反射、厚度小、无衬底、柔性偏转型的太赫兹波带片的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低反射的石墨烯偏转型太赫兹波带片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制备氧化石墨烯薄膜；

步骤2、设计正方形的类菲涅尔环结构；

2.1假设太赫兹波带片的工作频率为f，偏转角度为θ，焦距为l，入射太赫兹波的截面半径为r；

2.2确定正方形的类菲涅尔环结构的边长d：

2.3设计N个圆心在一条直线上的偏心圆，由内向外依次记为第1,2,…,n,…,N个偏心圆，假设第n个偏心圆的坐标为其中，为相邻两个偏心圆的相位差，通常为π，c为光速；假设第n个偏心圆的半径为