一种磁场调控太赫兹波调制器及其制作方法与流程

本发明涉及太赫兹波调制领域，特别是涉及一种磁场调控太赫兹波调制器及其制作方法。

背景技术

太赫兹波通常情况下定义为频率范围从0.1thz到10thz的电磁波，该波段处于微波与红外光之间，波长范围从30微米到3毫米。太赫兹波段与可见光和微波相比是目前尚未完全开发的电磁波段，与其它波长电磁波相比具有很多独特的性质，其主要特点有：(1)瞬态性；(2)穿透性；(3)低能量性；(4)相干性；(5)宽带性；(6)光谱分辨能力等等。由于太赫兹波具有以上特性，并且对于极性分子例如水分子、氨分子来说对太赫兹波都具有很强的吸收，使得太赫兹光谱技术在分析和研究大分子方面都有着很好地研究前景。

太赫兹电磁辐射的特殊性质使得它在天文、生物、计算机、通信、成像等众多领域蕴含着巨大的应用价值，其中最重要的四个应用方向是：太赫兹光谱成像，太赫兹时域谱分析，太赫兹频谱分析，太赫兹通信。太赫兹系统主要由辐射源、探测器件和各种功能器件组成。在太赫兹波技术的实际应用中,太赫兹波导、相位调制器、滤波器件以及开关等功能性器件至关重要,必不可少。太赫兹技术近些年来取得了不错的进展，但是作为一个完整的太赫兹系统，仅仅是对于太赫兹探测的研究是不够的，太赫兹技术的进步还需要包括相关太赫兹器件的搭建，探索与实际应用的进展来推动。

太赫兹功能器件主要包括太赫兹波导、太赫兹偏振器、太赫兹波调制器、太赫兹波天线、太赫兹波开关等等。在太赫兹功能器件的实际应用中,实现对其的主动控制是至为关键的一步。

现如今，太赫兹波调制器大多是通过在高阻si片上沉积金等金属来实现对太赫兹波强度调制，如来自microtech公司出品的调制器，该调制器对于thz光电导天线，反波振荡器以及自由电子激光器均可得到宽而平坦的信号调制，其主要由薄膜镀层元件组成，主要原理是通过金属化处理的楔形硅片具有不同的衰减水平，楔形硅片可单独或共同使用，在通过楔形硅片之间的组合可以到达不同的衰减水平(崔海霞.太赫兹波传输及传感若干问题的研究(d).长春:长春理工大学，2011)。虽然该技术目前发展已较为完善，但衰减器制备方法较为复杂，价格昂贵，并且该方法不能对太赫兹波进行连续调控。而在外磁场调控太赫兹波的技术报道中，大多数是利用液晶基光子晶体、半导体结构的超材料以及磁性材料构成的悬臂梁结构等进行调控的。这些方法能够实现太赫兹波的连续调控，但调控范围一般不大，而且制备工艺复杂，成本比较高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是设计一种连续、大范围的一种磁场调控太赫兹波调制器及其制作方法。该调制器采用调节外加磁场大小和改变外磁场方向与ni纳米线阵列方向的夹角来实现对太赫兹波强度的双重调控，具有结构简单，成本低廉等优点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种磁场调控太赫兹波调制器，其特征在于：其包括固定支架、两固定磁场调节盒和插入式ni纳米线阵列镜片；所述固定支架包括两支架、套筒以及4根水平支撑杆；所述套筒焊接在两所述支架顶部，所述套筒上端和底端对称设置有两对穿孔，4根所述水平支撑杆分别插设在各所述穿孔内并焊接固定，位于两对所述水平支撑杆之间的所述套筒中部设置有开孔，所述插入式ni纳米线阵列镜片可转动地插设在所述开孔内；每一所述水平支撑杆远离所述套筒的端部设置有外螺纹，两固定磁场调节盒分别可滑动地设置在位于套筒两侧的两对水平支撑杆上的外螺纹部分，并通过螺栓固定。

所述插入式ni纳米线阵列镜片包括塑料固定圈、基片、有序排列的ni纳米线阵列层和固定层；所述ni纳米线阵列层沉降在预设规格的所述基片上；所述固定层覆盖在所述ni纳米线阵列层上表面，并与所述基片面积相同；制备完成的所述基片、ni纳米线阵列及固定层粘附在所述塑料固定圈上。

所述有序排列的ni纳米线阵列层是指所述ni纳米线阵列层中的各条ni纳米线之间均呈平行排列。

所述套筒的内径与所述插入式ni纳米线阵列镜片的外径相匹配，且所述套筒上部开孔的大小需保证插入式ni纳米线阵列镜片能够在0°-180°之间转动。

两所述磁场调节盒结构相同，均包括一矩形盒体以及一磁铁，每一所述矩形盒体的其中一对相对面作为两安装面，每一所述安装面的四个角部均设置有供水平支撑杆穿过的圆孔，与两安装面相连的另一面中部开设有用于放置磁铁的开孔；所述磁铁采用汝铁硼磁铁。

一种磁场调控太赫兹波调制器的制作方法，包括以下步骤：

1)制作插入式ni纳米线阵列镜片；

2)采用铝合金材料制作固定支架，并将制作完成的插入式ni纳米线阵列镜片插入到套筒上部的开孔内。

3)将两磁场调节盒插设到水平支撑杆两端部的外螺纹上，并用螺栓固定，实现磁场调控太赫兹波调制器的制作。

所述步骤1)中，插入式ni纳米线阵列镜片的制作方法，包括以下步骤：

1.1)采用化学还原法制备ni纳米线；

1.2)利用磁场排列技术将所述ni纳米线有序的沉积在pe基片上；

1.3)用pdms覆盖在ni纳米线上，使得pdms层与pe基片良好接触；

1.4)将上述制备好的基片粘附在塑料固定圈上，完成插入式ni纳米线阵列镜片的制作。

所述步骤1.1)中，制备ni纳米线的方法为：称取0.12g六水合氯化镍加入到5ml乙二醇中，采用磁力搅拌和超声分散的方法使镍离子均匀分散在乙二醇中，形成透明的草绿色溶液，记做溶液1；将1.2g氢氧化钠加入到35ml乙二醇中，同样地采用磁力搅拌和超声分散的方法，使其溶解并获得无色溶液；待混合均匀后，将10ml水合肼作为还原剂加入已经配置好的氢氧化钠乙二醇溶液中，持续搅拌均匀后形成浅蓝色溶液，记做溶液2；将配制好的溶液2置于水浴锅中，将水浴锅放置在磁场强度为0.05t的外部磁场中，加热水浴锅至75℃，将溶液1利用滴管匀速滴加至溶液2中，恒温15分钟；反应完毕后，取出烧杯，降温，利用超声池分散含有产物的溶液，最后利用磁铁吸取出黑灰色产物，并用去离子水、乙醇和丙酮分别清洗3遍，得到ni纳米线。

所述步骤1.2)中，所述ni纳米线的排列方法为：将步骤1.1)中的ni纳米线倒入预设体积的无水乙醇并超声形成浑浊液；将浑浊液倒入底部含有聚乙烯基片的烧杯中，将两端固定有磁铁的盒子放入干燥箱后加入含有浑浊液的烧杯，使ni纳米线在磁场作用下沉降在聚乙烯基片上。

所述步骤1.3)中，pdms覆盖在ni纳米层上的方法为：将预设量的液态pdms倒在排列有纳米线的pe基片上，加热使pdms变硬并吸附在pe基片上。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于固定支架中设置有套筒，套筒上部设置有开孔，与插入式ni纳米线阵列镜片相配合，实现磁场方向和ni纳米线阵列方向角度的连续调节，进而对太赫兹波谐振频率和强度进行调制；2、本发明由于固定支架中设置有带螺纹的水平支撑杆，该水平支撑杆与两磁场调节盒相配合，实现对磁场强度大小的调节，进而对太赫兹波谐振频率和强度进行调制。本发明结构简单，应用范围广，成本低廉等特点，对未来太赫兹光谱应用的发展有着广泛的应用前景。因而，本发明可以广泛应用于太赫兹功能器件领域。

附图说明

图1(a)～图1(b)分别为本发明磁场调控太赫兹波调制器结构的主视图和俯视图；

图2为本发明ni纳米线阵列镜片示意图；

图3(a)～图3(c)为本发明磁场调节盒的主视图、侧视图和俯视图，俯视图中白色部分为放置磁铁部位。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1(a)～(b)、图2所示，本发明提供的一种磁场调控太赫兹波调制器，其包括固定支架1、插入式ni纳米线阵列镜片2和两固定磁场调节盒3。其中，固定支架1包括两支架11、套筒12以及4根水平支撑杆13。套筒12焊接在两支架11顶部，套筒12上端和底端对称设置有两对穿孔，4根水平支撑杆13分别插设在各穿孔内并焊接固定，位于两对水平支撑杆13之间的套筒12中部设置有有供插入式ni纳米线阵列镜片插入的开孔14，插入式ni纳米线阵列镜片2插设在开孔14内，并可以套筒的轴线为轴转动，转动角度为0°-180°。各水平支撑杆14另一端均设置有外螺纹，两磁场调节盒3分别穿过套筒12两侧的水平支撑杆13并通过螺栓15固定。

如图2所示，插入式ni纳米线阵列镜片2包括塑料固定圈21、基片22、有序排列的ni纳米线阵列层23和固定层24。ni纳米线阵列层24沉降在预设规格的基片22上，固定层24覆盖在ni纳米线阵列层23上表面，制备完成的基片22、ni纳米线阵列23及固定层24粘附在塑料固定圈21上。其中，塑料固定圈21外沿设置有手柄211，便于使用。

如图3(a)～3(c)所示，两磁场调节盒3结构相同，均包括一矩形盒体以及一磁铁，每一矩形盒体的其中一对相对面作为两安装面，每一安装面的四个角部均设置有供水平支撑杆穿过的圆孔，与两安装面相连的另一面中部开设有用于放置磁铁的开孔。其中，磁铁采用汝铁硼磁铁。

作为一个优选的实施例，套筒12的内径与插入式ni纳米线阵列镜片2的外径相匹配，套筒上部开孔14的大小需保证插入式ni纳米线阵列镜片2能够沿套筒12的轴线在0°-180°之间转动。

作为一个优选的实施例，插入式ni纳米线阵列镜片2可以采用其他磁性材料，例如fe、co以及氧化物纳米线阵列。

作为一个优选的实施例，固定支架1中，两支架11采用铝合金材料或其他符合硬度要求的非磁性材料制作。

作为一个优选的实施例，两磁场调节盒3中，矩形盒体采用铝合金材料或其他符合硬度要求的非磁性材料制作。

作为一个优选的实施例，插入式ni纳米线阵列镜片3中，基片22采用聚乙烯(pe)材质制作；固定层24采用聚二甲基硅氧烷(pdms)材料制作。

下面对本发明的工作原理做简单介绍：将本发明太赫兹波调制器置于光路中，当太赫兹波从套筒的一侧沿其轴向入射后，若需要对太赫兹波强度进行调控，则只要根据下述步骤即可实现调控：

当需要调节磁场大小时，由于两磁场调节盒3的磁铁是可以在水平支撑杆13上沿水平方向滑动，其位置是通过螺栓15固定的。当改变螺栓15的位置时就可以改变两个磁铁之间的距离，进而改变磁场的大小。

当需要调节ni纳米线阵列的方向与外磁场磁力线之间的夹角时：由于套筒12的开孔14内的插入式ni纳米线镜片2可以以套筒的轴线为轴转动，进而改变镜片上ni纳米线阵列的方向。由于外加磁场的方向始终是水平的，这就实现了ni纳米线阵列的方向与外磁场磁力线方向之间夹角的连续调控。

基于上述一种磁场调控太赫兹波调制器，本发明还提供一种磁场调控太赫兹波调制器的制作方法，包括以下步骤：

1)制作插入式ni纳米线阵列镜片2，包括以下步骤：

1.1)采用化学还原法制备ni纳米线；

ni纳米线的生长：称取0.12g六水合氯化镍加入到5ml乙二醇中，采用磁力搅拌和超声分散的方法使镍离子均匀分散在乙二醇中，形成透明的草绿色溶液(溶液1)。类似地，将1.2g氢氧化钠加入到35ml乙二醇中，同样地采用磁力搅拌和超声分散的方法，使其溶解并获得无色溶液；待混合均匀后，将10ml水合肼作为还原剂加入已经配置好的氢氧化钠乙二醇溶液中，持续搅拌均匀后溶液变成浅蓝色(溶液2)。配制好的溶液2置于水浴锅中，将水浴锅放置在磁场强度约为0.05t的外部磁场中，加热水浴锅至75℃，将溶液1利用滴管匀速滴加至溶液2中，恒温15分钟。反应完毕后，取出烧杯，降温，利用超声池分散含有产物的溶液，最后利用磁铁吸取出黑灰色产物，并用去离子水、乙醇和丙酮分别清洗3遍，即可制备出比较纯净的ni纳米线。所制备的ni纳米线长约为50μm，直径约为300nm左右。

1.2)利用磁场排列技术将所述ni纳米线有序的沉积在基片上；

ni纳米线的排列：利用ni纳米线倒入适量无水乙醇并超声形成浑浊液，然后将浑浊液倒入底部含有聚乙烯(pe)基片的烧杯中，将两端固定有磁铁的盒子放入干燥箱后加入含有浑浊液的烧杯，使ni纳米线在磁场作用下沉降在pe基片上。

1.3)用pdms覆盖在ni纳米线上，使得其与pe基片有着良好的接触；

ni纳米线的防氧化处理：由于通过上述方法沉降的ni纳米线并不能够完全固定在pe基片上，同时长时间暴露在空气环境中会使ni纳米线氧化，因此将适量液态pdms倒在排列有纳米线的pe基片上，加热使pdms变硬并吸附在基片上。

1.4)将上述制备好的基片粘附在塑料固定圈上。

2)采用铝合金材料制作固定支架1，并将制作完成的插入式ni纳米线阵列镜片2插入到套筒12上部的开孔14内。

3)将两磁场调节盒3插设到水平支撑杆13两端部的外螺纹上，并用螺栓固定，实现磁场调控太赫兹波调制器的制作。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。