【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及諧振器單元設計，尤其涉及一種單/雙波段可切換的太赫茲吸收器。
技術介紹
1、thz波是指頻率位于太赫茲范圍內(0.1-10thz)的電磁波。它處于電磁譜中紅外光和微波之間。thz波的特點是頻率高、波長短。由于波長介于紅外和微波之間，thz波既具有紅外光的成像和分辨率優勢，又有微波的穿透能力。因此，thz波被廣泛應用于醫學、安全檢測、無損檢測、通信等領域。伴隨著thz技術的發展，許多thz功能器件(如調制器、濾波器、吸收器等)得到研究，thz吸收器作為最重要的太赫茲器件之一，其在傳感、成像、隱身等領域具有廣泛的應用前景和價值。
2、目前thz吸收器主要有單頻、多頻以及寬頻吸收器，其吸收功能單一，不能靈活調制，這大大限制了其適用范圍。因此，研究一個功能多樣、結構簡單、尺度更小以及性能良好的thz吸收器是現在面臨的主要困難。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種單/雙波段可切換的太赫茲吸收器，旨在解決傳統的thz諧振器單元存在的吸收功能單一、尺寸較大以及制備成本大的問題。
2、第一方面，本專利技術提供一種諧振器單元，包括依次層疊的反射層、介質層以及圖案層，其中：
3、所述圖案層包括第一金屬圓環層、第二金屬圓環層以及至少一個vo2層，所述第一金屬圓環層、所述第二金屬圓環層與所述vo2層的底部平齊，并分別與所述介質層接觸，所述第一金屬圓環層設于所述第二金屬圓環層內，任一所述vo2層的一側與所述第一金屬圓環層的外側壁接觸，任一所述vo
4、進一步地，所述第一金屬圓環層的圓心、所述第二金屬圓環層的圓心以及所述介質層上表面的中心均為同一點。
5、進一步地，所述第一金屬圓環層的內半徑為8-10μm，所述第二金屬圓環層的內半徑為14-20μm，所述第一金屬圓環層和所述第二金屬圓環層的寬度均為0.5-1.5μm。
6、進一步地，所述介質層由聚酰亞胺制成，所述介質層的尺寸為：長30-54μm，寬30-54μm，厚度5-6.6μm；
7、所述反射層的尺寸為：長30-54μm，寬30-54μm，厚度0.1-0.3μm。
8、進一步地，所述第一金屬圓環層、所述第二金屬圓環層、所述反射層均由金材料制成，所述第一金屬圓環層、所述第二金屬圓環層、所述反射層的介電常數相同。
9、進一步地，根據以下公式設置所述反射層的介電常數：
10、
11、其中，εau表示反射層的介電常數，ωp表示離子體頻率，γ表示碰撞頻率，ω表示入射波頻率。
12、進一步地，根據以下公式描述vo2層在太赫茲范圍內的光學特性：
13、
14、其中，無限頻率下的介電常數ε∞＝12，ωp2(σ)為等離子體的頻率，γ＝5.75×1013rad/s為碰撞頻率，σ＝3×105s/m，等離子體的頻率初始值為ωp(σ0)＝1.4×1015rad/s，將σ＝2×105s/m設置為vo2層的金屬相，將σ＝2×102s/m設置為vo2層的絕緣相，當溫度升高時，vo2層以金屬成分和電介質成分共存的狀態存在；
15、吸收率表達式為：
16、a(ω)＝1-r(ω)-t(ω)＝1-s11(ω)2-s21(ω)2
17、其中a(ω)，t(ω)和r(ω)分別是吸收率、透射率和反射率。s11(ω)和s21(ω)是從模擬計算得到的反射系數和透射系數，
18、假設e1和h2分別為介質兩側的電場和磁場、t為傳輸矩陣，令
19、
20、根據傳輸矩陣定義，有其中，f表示入射超材料前的電磁場，f′表示出射超材料后的電磁場，t定義為
21、
22、其中，n表示折射率，表示波矢量，z表示阻抗，d表示超材料的厚度，傳輸矩陣元素與透射系數、反射系數存在以下關系：
23、
24、對于均勻介質材料，有δt＝1，且t11＝t22，代入得
25、
26、將傳輸矩陣t代入可得
27、
28、可解得
29、
30、進一步地，所述vo2層的數量為四個，所述vo2層等間距設置在所述第一金屬圓環層和所述第二金屬圓環層之間，所述vo2層呈扇形，所述vo2層的扇形角度范圍為50°-70°。
31、進一步地，當所述vo2層的電導率為200s/m時，所述諧振器單元在1.515thz和2.985thz雙波段下具有吸收率為95.66％和99.12％的兩個吸收峰；
32、當所述vo2層的電導率為200000s/m時，所述諧振器單元在1.815thz單波段下具有吸收率為99.84％的一個吸收峰。
33、第二方面，本專利技術提供一種單/雙波段可切換的太赫茲吸收器，其包括上述的諧振器單元形成的周期性陣列。
34、與現有技術相比，本專利技術具有如下優點：
35、(1)本專利技術設計的諧振器單元結構簡單，易于加工和制造，具有偏振不敏感性而且對入射角在45°以下都有良好的吸收峰，滿足在thz通信、安檢、隱身、成像和調制等領域應用要求。
36、(2)本專利技術設計得到的諧振器單元實現了在1.515thz和2.985thz吸收率分別為95.66％和99.12％的兩個吸收峰與在1.815thz處吸收率達到99.84％吸收峰之間自由切換。當vo2層處于絕緣態時，諧振器單元表現出在1.515thz和2.985thz兩個吸收峰；而當vo2層處于金屬態時，諧振器單元只有在1.815thz處一個吸收峰，從而可以在單雙波段自由切換，具有吸收功能豐富，能夠靈活調制的優點，極大地拓寬了其適用范圍。
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1.一種諧振器單元，其特征在于，包括依次層疊的反射層、介質層以及圖案層，其中：
2.根據權利要求1所述的諧振器單元，其特征在于，所述第一金屬圓環層的圓心、所述第二金屬圓環層的圓心以及所述介質層上表面的中心均為同一點。
3.根據權利要求1所述的諧振器單元，其特征在于，所述第一金屬圓環層的內半徑為8-10μm，所述第二金屬圓環層的內半徑為14-20μm，所述第一金屬圓環層和所述第二金屬圓環層的寬度均為0.5-1.5μm。
4.根據權利要求1所述的諧振器單元，其特征在于，所述介質層由聚酰亞胺制成，所述介質層的尺寸為：長30-54μm，寬30-54μm，厚度5-6.6μm；
5.根據權利要求1-4任一項所述的諧振器單元，其特征在于，所述第一金屬圓環層、所述第二金屬圓環層、所述反射層均由金材料(Au)制成，所述第一金屬圓環層、所述第二金屬圓環層、所述反射層的介電常數相同。
6.根據權利要求5所述的諧振器單元，其特征在于，根據以下公式設置所述反射層的介電常數：
7.根據權利要求5所述的諧振器單元，其特征在于，根據以下公式
8.根據權利要求1所述的諧振器單元，其特征在于，所述VO2層的數量為四個，所述VO2層等間距設置在所述第一金屬圓環層和所述第二金屬圓環層之間，所述VO2層呈扇形，所述VO2層的扇形角度范圍為50°-70°。
9.根據權利要求1所述的諧振器單元，其特征在于，當所述VO2層的電導率為200S/m時，所述諧振器單元在1.515THz和2.985THz雙波段下具有吸收率為95.66％和99.12％的兩個吸收峰；
10.一種單/雙波段可切換的太赫茲吸收器，其特征在于，包括如權利要求1-9任一項所述諧振器單元形成的周期性陣列。
...【技術特征摘要】
1.一種諧振器單元，其特征在于，包括依次層疊的反射層、介質層以及圖案層，其中：
2.根據權利要求1所述的諧振器單元，其特征在于，所述第一金屬圓環層的圓心、所述第二金屬圓環層的圓心以及所述介質層上表面的中心均為同一點。
3.根據權利要求1所述的諧振器單元，其特征在于，所述第一金屬圓環層的內半徑為8-10μm，所述第二金屬圓環層的內半徑為14-20μm，所述第一金屬圓環層和所述第二金屬圓環層的寬度均為0.5-1.5μm。
4.根據權利要求1所述的諧振器單元，其特征在于，所述介質層由聚酰亞胺制成，所述介質層的尺寸為：長30-54μm，寬30-54μm，厚度5-6.6μm；
5.根據權利要求1-4任一項所述的諧振器單元，其特征在于，所述第一金屬圓環層、所述第二金屬圓環層、所述反射層均由金材料(au)制成，所述第一金屬圓環層、所述第二金屬圓環層、所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：全祖賜，萬逢，周潤宇，王宜芮，李年保，方嘉豪，湯浩，賈祺，
申請(專利權)人：南昌大學，
類型：發明
國別省市：
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