本發明專利技術公開了一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，屬于太赫茲器件領域。該太赫茲保偏渦旋控制器由孿生矩形石墨烯層、二氧化硅介質層、金屬基體層組成，可以通過改變石墨烯的費米能級來使其電導率發生變化，產生具有不同相位的單元結構，將單元結構通過不同的方式排布，實現不同拓撲荷數和角度分束的太赫茲渦旋波束，且渦旋波束的偏振態保持與入射太赫茲波偏振態相一致。本發明專利技術的太赫茲保偏渦旋控制器具有結構簡單、多種功能、可控性強等優點，在太赫茲通信領域具有十分廣闊的應用前景。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及太赫茲功能器件領域，尤其涉及一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器。
技術介紹
1、渦旋波是一種具有螺旋相位結構和環形幅度場的獨特波束，其攜帶的軌道角動量(orbital?angular?momentum，oam)具有無窮多的本征態，每一個軌道角動量態可由拓撲荷數確定，拓撲荷數可取任意的整數值。軌道角動量模式的無窮性和模式間的正交性，為電磁波的調制和信息承載提供了全新的自由度。在太赫茲頻段范圍內，利用軌道角動量技術，可實現無限多的信號傳輸。因此，在太赫茲實現渦旋波調控有望使無線通信系統的帶寬和容量大大提高，在高速無線通信領域具有巨大的潛力。攜帶軌道角動量的渦旋波已引起了國內外研究學者的廣泛關注，目前生成渦旋波的方法主要包括螺旋相位板法、螺旋反射面法和環形陣列天線法等。但是上述螺旋相位板法、反射面法、環形陣列天線法產生軌道角動量渦旋波器件結構體積大、系統復雜、制備難度大、制作成本高等特點在太赫茲波頻率范圍內不適用。此外，該類器件一旦制備完成，其渦旋波的拓撲荷數也隨之確定，無法進行調控，從而極大限制了渦旋波束的應用潛力。因此，研發具有小尺寸、狀態可調的渦旋波生成器對渦旋波在前沿領域的應用拓展具有重要意義。
2、本專利技術提出了一種新的太赫茲保偏渦旋控制器結構，結構中具有大小相同的孿生矩形石墨烯，對入射的太赫茲波產生攜帶軌道角動量的渦旋波，利用石墨烯超表面自身獨特的電學性質，通過調節石墨烯費米能級大小，來獲得不同的反射相位，從而實現對渦旋波束的可調性，并可以根據實際需要進行靈活調整。
>技術實現思路1、本專利技術的目的是為了解決現有無法實現太赫茲渦旋保偏控制問題，設計使用孿生矩形石墨烯超表面結構，結合孿生矩形石墨烯超表面排布和調節石墨烯費米能級大小，實現對攜帶軌道角動量的太赫茲渦旋波束調控，提供一種太赫茲保偏渦旋控制器。
2、為解決上述技術問題，本專利技術的技術方案如下：
3、一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，它由單元結構在平面上周期性排布而成，每個單元結構由孿生矩形石墨烯層、二氧化硅介質層、金屬基體層從上到下依次堆疊組成，所述孿生矩形石墨烯層由兩片全等的長方形石墨烯并排間隔排布而成。
4、作為優選，所述孿生矩形石墨烯層中，單片長方形石墨烯的長度為5μm～8μm，寬度為2μm～4μm，厚度為1nm～10nm。
5、作為優選，所述孿生矩形石墨烯層中，兩片長方形石墨烯之間的間距為5μm～10μm。
6、作為優選，所述單元結構的周期為10μm～50μm。
7、作為優選，所述二氧化硅介質層的厚度為10μm～100μm。
8、作為優選，所述金屬基體層的材質為金屬銅。
9、作為優選，所述金屬基體層的厚度為0.1μm～1.0μm。
10、作為優選，所述太赫茲保偏渦旋控制器以n×n個不同相位單元結構作為編碼單元在平面上周期性連續排布而成，其中各單元結構通過改變孿生矩形石墨烯層的石墨烯費米能級產生不同相位。
11、作為優選，所述石墨烯費米能級的變化范圍為0ev～0.9ev。
12、作為優選，所有單元結構通過改變石墨烯費米能級產生不同相位，孿生矩形石墨烯層分別在3.2thz、3.9thz和4.2thz三個頻點處產生不同的編碼單元，將不同相位的編碼單元通過不同排布方式實現不同拓撲荷數和不同角度分束的渦旋波束，且渦旋波束的偏振態保持與入射太赫茲波偏振態相一致。
13、本專利技術設計的孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，通過改變石墨烯費米能級產生不同相位，孿生矩形石墨烯結構分別在3.2thz、3.9thz和4.2thz三個頻點處產生不同的編碼單元，將不同相位的編碼單元通過不同排布方式實現不同拓撲荷數和不同角度分束的渦旋波束，且渦旋波束的偏振態保持與入射太赫茲波偏振態相一致。本專利技術可解決現有太赫茲渦旋無法實現保偏控制問題，設計使用孿生矩形石墨烯超表面結構，結合孿生矩形石墨烯超表面排布和調節石墨烯費米能級大小，實現對攜帶軌道角動量的太赫茲渦旋波束的調控，具有十分廣闊的應用前景。
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【技術保護點】
1.一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，它由單元結構在平面上周期性排布而成，每個單元結構由孿生矩形石墨烯層(1)、二氧化硅介質層(2)、金屬基體層(3)從上到下依次堆疊組成，所述孿生矩形石墨烯層(1)由兩片全等的長方形石墨烯并排間隔排布而成。
2.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述孿生矩形石墨烯層(1)中，單片長方形石墨烯的長度為5μm～8μm，寬度為2μm～4μm，厚度為1nm～10nm。
3.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述孿生矩形石墨烯層(1)中，兩片長方形石墨烯之間的間距為5μm～10μm。
4.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述單元結構的周期為10μm～50μm。
5.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述二氧化硅介質層(2)的厚度為10μm～100μm。
6.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述金屬基體層(3)的材質為金屬銅。
7.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述金屬基體層(3)的厚度為0.1μm～1.0μm。
8.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述太赫茲保偏渦旋控制器以n×n個不同相位單元結構作為編碼單元在平面上周期性連續排布而成，其中各單元結構通過改變孿生矩形石墨烯層(1)的石墨烯費米能級產生不同相位。
9.根據權利要求8所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述石墨烯費米能級的變化范圍為0eV～0.9eV。
10.根據權利要求8所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所有單元結構通過改變石墨烯費米能級產生不同相位，孿生矩形石墨烯層(1)分別在3.2THz、3.9THz和4.2THz三個頻點處產生不同的編碼單元，將不同相位的編碼單元通過不同排布方式實現不同拓撲荷數和不同角度分束的渦旋波束，且渦旋波束的偏振態保持與入射太赫茲波偏振態相一致。
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【技術特征摘要】
1.一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，它由單元結構在平面上周期性排布而成，每個單元結構由孿生矩形石墨烯層(1)、二氧化硅介質層(2)、金屬基體層(3)從上到下依次堆疊組成，所述孿生矩形石墨烯層(1)由兩片全等的長方形石墨烯并排間隔排布而成。
2.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述孿生矩形石墨烯層(1)中，單片長方形石墨烯的長度為5μm～8μm，寬度為2μm～4μm，厚度為1nm～10nm。
3.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述孿生矩形石墨烯層(1)中，兩片長方形石墨烯之間的間距為5μm～10μm。
4.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述單元結構的周期為10μm～50μm。
5.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太赫茲保偏渦旋控制器，其特征在于，所述二氧化硅介質層(2)的厚度為10μm～100μm。
6.根據權利要求1所述的一種孿生矩形石墨烯結構太...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李九生，熊日輝，蔣銘陽，
申請(專利權)人：中國計量大學，
類型：發明
國別省市：
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