CN114361805B - 太赫兹超材料可调定向选择器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太赫兹超材料可调定向传输选择器及偏振调控器，属于非对称传输技术领域，目的在于提供一种可选择电磁波通过方向的非对称传输器件，解决现有非对称传输器件方向不可调节，调节死板的问题。其包括锗‑二氧化硅‑锗三层由上至下组成，所述太赫兹超材料可调定向选择器及偏振调控器通过器件工作状态的改变实现选择太赫兹电磁波得选择方向通过的单向传输和偏振调控功能。

Description

太赫兹超材料可调定向选择器

技术领域

本发明属于非对称传输技术领域，具体涉及一种太赫兹超材料可调定向传输选择器及偏振调控器。

背景技术

频率在0.1-10THz之间的太赫兹波作为一种频带资源，因其高速、大容量的无线通信能力被广泛认可。这些年来太赫兹器件不断研究与发展，包括吸波器、滤波器、传感器以及其他各种太赫兹超材料。高性能的太赫兹器件，对于太赫兹系统的研发及应用具有重要意义。其中利用了太赫兹非对称传输技术的器件广泛应用于手性光谱、超快信息处理、光互连和通信等领域，作为光二极管、环形器和隔离器等重要器件。因此，在太赫兹频段设计出一种高性能可调灵活的太赫兹非对称传输技术的器件具有重要价值。

近年来，各种不同结构的太赫兹非对称传输技术的器件包括全金属结构的器件，全介质结构的器件等都得到了广泛研究。然而传统的太赫兹非对称传输技术的器件是实现确定单向传输的器件，其应用存在非对称传输器件方向不可调节的问题。在复杂多变的信息通信中，可调化非对称传输器件受到重视。现有的调制不对称传输器件包括:基于石墨烯的平面手性超材料，基于Dirac半金属的动态超材料，和基于液晶的不对称传输器件等。当前的太赫兹非对称传输技术的器件都实现了对非对称传输装置的调控，但他们的调控思想都是针对有或没有转换的非对称传输的调控，其调控过于单一。针对上述问题，本发明提出一种新型太赫兹可调超材料非对称传输器件结构，实现太赫兹频段非对称传输，并且根据需要调控器件状态从而实现非对称传输方向调制，最终实现选择电磁波通过的方向，为多功能、低复杂度的电磁控制系统提供了灵活的设计思路

发明内容

本发明的目的在于：提供一种新型太赫兹超材料可调非对称传输器件结构，实现太赫兹频段非对称传输，解决现有非对称传输器件方向不可调节，和调节死板等问题。本器件能够实现电磁波通过方向和电磁波偏振转换的可调控制；对多个电磁波实现可调偏振滤波。

本发明采用的技术方案如下：

太赫兹超材料可调定向选择器，包括锗-二氧化硅-锗三层由上至下组成。锗层是一个四边中心处开口的方形环，上下层锗方形环均在对应相邻两开口处加载二氧化钒块。

进一步地，所述中间介质层的材质为二氧化硅。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，太赫兹吸波器的结构简单，易于加工制作，其开口结构设计将进一步增强电磁波与结构的作用效应，从而达到提高非对称传输效果的目的。在锗方形框一对相邻边中心位置加载二氧化钒块，其设计的理念是基于二氧化钒的温度调控。在不同的温度调控下，器件工作状态可以在两个状态进行切换。器件在两个不同的状态允许电磁波通过的方向不同，因而实现器件对电磁波的选择性通过作用。该结构太赫兹超材料可调定向选择器工作在其中一个状态下，其y极化电磁波只能从正向传播，不能从反向传输。当器件工作状态改变成另一个状态时，其y极化电磁波只能从反向传输，不能从正向传播。同理可针对x极化波实现选择通过效果。在电磁波极化偏振方面，针对单个电磁波，本发明可以作为偏振转化器；针对多个不同偏振的电磁波，本发明可根据需要调节器件的工作状态从而实现x极化或y极化的偏振滤波。实现选择电磁波通过的方向和偏振调控功能，为多功能、低复杂度的电磁控制系统提供了灵活的设计思路。其有效解决了现有非对称传输器件无调制或调制单一的问题。

附图说明

图1为太赫兹超材料可调定向选择器的单元结构三维示意图；

图2为太赫兹超材料可调定向选择器的单元结构命名示意图；

图3为太赫兹超材料可调定向选择器工作状态一时入射为y极化电磁场的透射曲线；

图4为太赫兹超材料可调定向选择器工作状态二时入射为y极化电磁场的透射曲线；

图5为太赫兹超材料可调定向选择器的非对称传输参数图；

图6为入射为y极化电磁场峰值频率处器件中心位置的磁场电流分布图；

图7为太赫兹超材料可调定向选择器工作状态一时正向的透射曲线

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

太赫兹超材料可调定向选择器，包括锗-二氧化硅-锗三层由上至下组成。锗层是一个四边中心处开口的方形环，上下层锗方形环均在对应相邻两开口处加载二氧化钒块。

进一步地，所述介质中间层的材质为二氧化硅。

图1为太赫兹超材料可调定向选择器的单元结构三维示意图。在Z轴方向有三层，从上至下是锗-二氧化硅-锗。锗层是一个四边中心处开口的方形环。三层的几何参数P＝120μm,a＝90μm,h1＝c＝15μm,h2＝25μm,e＝1.155μm,w＝30μm.

图2为太赫兹超材料可调定向选择器的单元结构命名图，定义两个方向，沿着Z轴负方向为正方向，Z轴正方向为反方向，四块二氧化钒标注编号1-4。定义两个状态：状态一，M＝1，编号1，3的二氧化钒为介质低温态，编号2，4的二氧化钒为金属高温态；状态二,M＝2，编号1，3的二氧化钒为金属高温态，编号2，4的二氧化钒为介质低温态。在两个状态切换，实现正向导通反向不导通到反向导通正向不导通的调制，从而对电磁波进行灵活的控制。

图3为太赫兹超材料可调定向选择器工作状态一时入射为y极化电磁场的透射曲线，在1.944THz附近，y极化的电磁波反方向传输效果趋近于1，y极化的电磁波正方向传输效果趋近于0，也就是在当前器件的工作状态下，y极化的电磁波只能从反向传播，正向不能传播。

图4为太赫兹超材料可调定向选择器工作状态二时入射为y极化电磁场的透射曲线，在1.944THz附近，y极化的电磁波正方向传输效果趋近于1，y极化的电磁波反方向传输效果趋近于0，也就是在当前器件的工作状态下，y极化的电磁波只能从正向传播，反向不能传播。对比图3可以看出，在两个状态切换，实现正向导通反向不导通到反向导通正向不导通的调制，从而对电磁波进行灵活的控制。

图5为太赫兹超材料可调定向选择器的非对称传输参数图。从图中可以看出在状态二时，输入的y极化电磁波沿着正方向的传播远大于反方向，也就是器件允许此电磁波正向传输，不允许反向传输，实现电磁波的非对称传输。当通过调制二氧化钒将状态二变为状态一时，输入的y极化电磁波沿着反方向的传播远大于正方向，也就是器件允许电磁波从反向传输，不允许正向传输。总的来说就是状态二此种电磁波正向导通反向截断，状态一反向导通正向截断，实现对电磁波的选择性通过作用。

图6为入射为y极化电磁场峰值频率处器件中心位置的磁场电流分布图，在频率为1.944太赫兹，状态二，y极化的电磁波入射时的在器件中心位置的xy平面场图，灰度代表磁场幅值，箭头代表电流矢量，从图中可以看出，器件出现了两个相反的环流，在这两个相反的环流中央必定是两个相反方向的磁场集中，这是环磁偶极子共振。环磁偶极子共振带来了此处峰值。

图7为太赫兹超材料可调定向选择器工作状态一时正向的透射曲线，从图中可以看出，在频率为1.944太赫兹器件对x极化入射电磁波传输高达0.8和对y极化入射波却低于0.1，这显著的差异，可以实现对极化的滤波。在透射曲线中，器件的交叉极化传输较大，器件可以作为极化偏转器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种太赫兹超材料可调定向选择器，其特征在于，包括锗-二氧化硅-锗三层由上至下组成，锗结构层包括加载二氧化钒块的锗方框单元；所述锗结构层布局为方形框，并在其中一对相邻边中点处嵌入二氧化钒块，另两边中点处开口，所述锗结构层与二氧化钒布局顶层与底层相同；且工作状态通过顶层和底层对应二氧化钒组成的成对二氧化钒块的温度和性质状态实时调控，由二氧化钒块的状态属性布局实现器件的工作状态实时改变。

2.根据权利要求1所述的太赫兹超材料可调定向选择器，其特征在于，同一器件有两个工作状态，不同工作状态允许电磁波通过的方向不同，实现不同的单向传输，并且能够对电磁波的偏振状态进行调控及选择。