一种基于MEMS平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器及其制备方法与流程
本发明涉及一种工作模式可切换的太赫兹超材料转换器及其制备方法。
背景技术：
经典动力学中，通常有两大多极子系统，分别为电多极子和磁多极子。在这两大多极子系统中，最为常见的为电偶极子和磁偶极子。电偶极子可被看作为由一对相反电荷组成的系统，由于其散射强度大，电磁谐振线宽较宽，可用于天线或局部传感器来探测近场；磁偶极子可等效为一个电流环，电磁谐振线宽相对较窄，可用于低功率非线性处理器或光学敏感器件。作为第三类辐射源，环偶极子是由环形电流诱导产生一对方向相反的磁偶极子，并呈现首尾相接状态，具有几乎无辐射的特殊电磁特性，在核和原子物理领域、固态物理学以及经典电动力学领域具有广泛应用。但由于环偶极子模式对入射电磁波响应很弱，导致在大多数情况下其电磁响应非常微弱，经常被更强的传统电/磁极子所掩盖，严重阻碍了环偶极子的检测和应用。
超材料是一种人工构建的周期性排列的亚波长结构单元阵列，通过合理地设计结构单元的几何形状、大小及排列方式，可实现自然材料不具备的超常电磁特性，例如负折射、电磁隐身和光学变换等特性。因此，通过合理地设计超材料的结构单元，可有效地抑制传统的电/磁偶极子响应，从而增强环偶极子的响应强度，使其达到可观测量级，这对深入研究环偶极子的电磁特性具有重要里程碑意义。通过结构设计和精确制备，目前已有多个基于三维超材料结构的环偶极子被报道，可实现良好的环形磁场限制、以及高强度和高q因子的环偶谐振。然而，由于受制备工艺的限制，三维太赫兹超材料结构的环偶极子制备仍然具有很大的挑战性，导致当前现有的三维超材料结构的环偶极子主要工作在微波频段，很难在太赫兹高频段实现。
近年来，为了实现太赫兹或光频段的环偶谐振，采用平面超材料结构实现太赫兹环偶谐振引起人们广泛兴趣和关注，逐渐成为超材料研究新分支和热点，其根本原因在于平面太赫兹超材料容易制备。目前，已设计和制备出基于平面太赫兹超材料结构的环偶谐振，使得它们在通讯、安全检测、生化传感等领域都具有潜在的应用价值和应用前景。然而，现有的基于平面超材料结构的环偶谐振响应主要取决于结构单元，其形状和尺寸一旦确定，所对应的谐振工作波长、幅度和带宽也固定，只能在有限的工作带宽内实现单一功能，严重制约和限制了应用范围。
为了克服上述缺陷，通过在平面太赫兹超材料结构单元中集成活性材料实现对环偶谐振的动态调控，成为最前沿的科技领域之一，吸引人们的广泛的兴趣和关注。例如，2017年，x.chen等人利用由方形开口环谐振器组成的平面太赫兹超材料实现环偶谐振，当超材料结构和单层石墨烯集成时，通过改变石墨烯的费米能可灵活调控环偶谐振的传输幅度。2018年，m.gupta等人制备了由开口谐振环阵列组成的平面太赫兹超材料，并在开口缝隙处集成一层薄的硅结构；当采用800nm激光泵浦超材料结构时，通过调控泵浦光的功率可灵活调控环偶谐振幅度，而且当泵浦光的功率增大到一定程度时，可使环偶谐振转换为电偶谐振。然而，由于活性材料具有频率依赖属性、可选性有限、以及外部激励的复杂性，不可避免的限制了环偶谐振的调制深度，这些缺陷将会给平面超材料环偶谐振的实际应用带来很大的难度，以及限制了它的实际应用范围。
技术实现要素：
本发明的目的是要解决平面太赫兹超材料环偶谐振调制深度小，激励方式所需外部设备复杂、活性材料可选范围窄以及线性属性小的问题，而提供的一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器及其制备方法。
一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器，它包括基体硅衬底、梳齿型静电驱动结构、固定金属结构阵列、可动金属结构阵列和悬浮硅框架，所述梳齿型静电驱动结构和悬浮硅框架设置在基体硅衬底上，悬浮硅框架与梳齿型静电驱动结构连接，且悬浮硅框架悬空设置，固定金属结构阵列设置在悬浮硅框架内、基体硅衬底上，可动金属结构阵列与悬浮硅框架连接、悬空设置；所述固定金属结构阵列由周期性排列的结构元件组成，且固定金属结构阵列的结构元件呈“e”型结构，所述可动金属结构阵列由周期性排列的结构元件组成，且可动金属结构阵列的结构元件呈反“e”型结构，固定金属结构阵列的结构元件与可动金属结构阵列的结构元件成对相对设置，由成对相对设置的固定金属结构阵列的结构元件与可动金属结构阵列的结构元件组成环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元。
一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、沉积二氧化硅层：利用材料生长工艺，在硅表面制备一层二氧化硅钝化层；
二、锚结构的光刻胶掩膜图形化：利用机械旋涂工艺，在二氧化硅表面均匀涂覆一层光刻胶，经曝光、显影和定影后，感光区域光刻胶在显影时被去除，形成微图形结构，得到锚结构图形化光刻胶掩膜；所述光刻胶为正胶；
三、锚结构形成：利用刻蚀工艺，①、以锚结构图形化光刻胶为掩膜刻蚀二氧化硅钝化层，得到刻蚀后的二氧化硅钝化层，再利用去胶液去除光刻胶；②、以刻蚀后的二氧化硅钝化层为掩膜对硅表面进行刻蚀，去除刻蚀后的二氧化硅钝化层，得到刻蚀后的硅；所述刻蚀工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀；
四、结构层键合与减薄：利用硅硅键合工艺，将刻蚀后的硅与基体硅衬底1进行键合，然后在边缘和基体硅衬底下表面涂覆保护层,再使用koh溶液湿法刻蚀对刻蚀后的硅进行减薄，去除保护层得到减薄后硅；
五、金属结构单元图形化：①、先利用机械旋涂工艺在减薄后硅表面旋涂光刻胶，经曝光、显影和定影，以e型图形阵列和反e型图形阵列区域为感光区域，得到图形化的光刻胶；所述光刻胶为正胶；②、淀积金属层，金属层厚度为0.2μm～0.4μm，再利用去胶液去除图形化光刻胶，同时将图形化光刻胶上的金属层剥离，只保留感光区域沉积的金属层，即实现在减薄后硅表面沉积e型图形化金属元件阵列和反e型图形化金属元件阵列，得到图形化金属超材料结构；
六、光刻胶掩膜图形化：利用机械旋涂工艺，在图形化金属超材料结构表面旋涂光刻胶，经曝光、显影和定影，形成梳齿型静电驱动结构的微图形结构、悬浮硅框架的微图形结构、固定金属结构阵列的微图形结构和可动金属结构阵列的微图形结构，得到微图形结构光刻胶掩膜图形；
七、刻蚀硅和释放mems结构：以微图形结构光刻胶掩膜图形作掩膜，利用深反应离子刻蚀技术进行深刻蚀硅，释放mems结构，再利用干法去除光刻胶，实现梳齿型静电驱动结构、悬浮硅框架、固定金属结构阵列和可动金属结构阵列，得到基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器。
本发明原理及优点：
1、传统的平面太赫兹超材料环偶谐振的调控方法是将太赫兹超材料与活性材料集成，通过外部激励改变结构单元活性材料或周围材料的属性，从而灵活有效地调控太赫兹超材料环偶谐振。传统较为常用的活性材料为半导体材料、相变材料、超导材料、石墨烯和液晶材料，其调谐能力明显依赖于活性材料的非线性特性，导致调谐范围有限，且活性材料可选范围窄。由于太赫兹超材料的电磁特性取决结构单元的尺寸和形状，而本发明采用梳齿型静电驱动结构驱动悬浮硅框架，进而带动可动金属结构阵列，实现mems可动结构重构的调控方式，从环偶谐振结构本质上来改变结构单元的几何形状、大小及排列方式，而不是改变结构单元周围的电磁环境，可明显增强和改进平面太赫兹超材料环偶谐振调制深度，以及改变太赫兹超材料的工作模式，解决传统平面太赫兹超材料环偶谐振调谐深度小，激励方式所需外部设备复杂、活性材料可选范围窄以及线性属性小等问题。
2、本发明采用梳齿型静电驱动结构驱动可动金属结构阵列平面平移，调控固定金属结构阵列的结构元件中e型图形化金属元件与可动金属结构阵列的结构元件中反e型图形化金属元件之间距离和重构状态，可实现对环偶极子进行双重调控。当环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元中e型图形化金属元件与反e型图形化金属元件之间距离逐渐变化时，可改变e型图形化金属元件与反e型图形化金属元件之间电磁耦合强度，实现对环偶谐振幅度调制；当e型图形化金属元件与反e型图形化金属元件从分离状态变为接触状态时，可实现环偶谐振与电偶谐振之间的工作模式转换。
3、电磁谐振的线宽取决于散射现象的特点和强度，不同线宽的电磁谐振可实现不同功能的器件。电偶极子，散射强度大，电磁谐振线宽较宽，可用于天线或局部传感器来探测近场等；环偶极子，电磁谐振线宽相对较窄，可用于超敏感传感器、调制器、窄带滤波器和非线性光学器件等。由于本发明基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器可以实现环偶谐振与电偶谐振之间的耦合模式转换，所以可实现各种多功能器件的转换。
4、由于本发明采用梳齿型静电驱动结构驱动可动金属结构阵列平面平移，其外部激励采用静电驱动，激励方式不涉及复杂的设备，调控方式简单、易于控制、灵活可靠、制备工艺成熟和成本低，从而增强了器件的实用性。
5、本发明基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器在te波或tm波入射下，在0.05thz～1.2thz频率范围内两结构距离变化时，电磁响应均由两个谐振变为一个谐振，可实现双带与单带滤波转换器。
附图说明
图1为基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器的结构示意图；图中1表示基体硅衬底，2表示梳齿型静电驱动结构，3表示固定金属结构阵列，4表示可动金属结构阵列，5表示悬浮硅框架；
图2为分离状态的环偶与电偶可切换的功能结构单元的结构示意图；
图3为接触状态的环偶与电偶可切换的功能结构单元的结构示意图；
图4为图2的左视图；图中1表示基体硅衬底，3-1表示e型图形化金属元件，3-2表示e型固定硅衬底，4-1表示反e型图形化金属元件，4-2表示反e型可动硅衬底；
图5为具体实施方式五步骤一中生长工艺的操作示意图；
图6为具体实施方式五步骤三①中刻蚀二氧化硅钝化层示意图；
图7为具体实施方式五步骤三②中对硅表面进行刻蚀示意图；
图8为具体实施方式五步骤四中键合示意图；
图9为具体实施方式五步骤五中金属结构单元图形化示意图；
图10为分离状态，d从3μm到1μm时te波垂直入射超材料表面的传输曲线图；
图11为d＝0μm时te波垂直入射超材料表面的传输曲线图；
图12为分离状态，d＝3μm，te波垂直入射超材料表面时超材料金属表面电流分布及磁偶极子方向图；
图13为接触状态，d＝0μm，te波垂直入射超材料表面时超材料金属表面电流分布及电偶极子方向图；
图14为d＝3μm时te波垂直入射数值计算偶极矩分量图，图中▲表示环偶极矩在y方向的分量，记为ty，◆表示电偶极矩在y方向的分量，记为py，●表示磁偶极矩在x方向的分量，记为mx；
图15为d＝3μm时tm波垂直入射超材料表面的传输曲线图；
图16为d＝0μm时tm波垂直入射超材料表面的传输曲线图；
图17为分离状态，d＝3μm，tm波垂直入射超材料表面时超材料金属表面电流分布及磁偶极子方向图；
图18为接触状态，d＝0μm，tm波垂直入射超材料表面时超材料金属表面电流分布及电偶极子方向图；
图19为d＝3μm时tm波垂直入射数值计算偶极矩分量图，图中▲表示环偶极矩在x方向的分量，记为tx，◆表示电偶极矩在x方向的分量，记为px，●表示磁偶极矩在z方向的分量，记为mz。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1，本实施方式是一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器，它包括基体硅衬底1、梳齿型静电驱动结构2、固定金属结构阵列3、可动金属结构阵列4和悬浮硅框架5，所述梳齿型静电驱动结构2和悬浮硅框架5设置在基体硅衬底1上，悬浮硅框架5与梳齿型静电驱动结构2连接，且悬浮硅框架5悬空设置，固定金属结构阵列3设置在悬浮硅框架5内、基体硅衬底1上，可动金属结构阵列4与悬浮硅框架5连接、悬空设置；所述固定金属结构阵列3由周期性排列的结构元件组成，且固定金属结构阵列3的结构元件呈“e”型结构，所述可动金属结构阵列4由周期性排列的结构元件组成，且可动金属结构阵列4的结构元件呈反“e”型结构，固定金属结构阵列3的结构元件与可动金属结构阵列4的结构元件成对相对设置，由成对相对设置的固定金属结构阵列3的结构元件与可动金属结构阵列4的结构元件组成环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元。
具体实施方式二：结合图1至图4，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述固定金属结构阵列3的结构元件由e型图形化金属元件3-1和e型固定硅衬底3-2组成，e型固定硅衬底3-2设置在基体硅衬底1上，e型图形化金元属件3-1设置在e型固定硅衬底3-2上；所述可动金属结构阵列4的结构元件由反e型图形化金属元件4-1和反e型可动硅衬底4-2组成，反e型可动硅衬底4-2与悬浮硅框架5连接、悬空设置，反e型图形化金属元件4-1设置在反e型可动硅衬底4-2上；所述e型图形化金属元件3-1与反e型图形化金属元件4-1的结构参数完全相同，且e型图形化金属元件3-1与反e型图形化金属元件4-1平行设置。其他与具体实施方式一相同。
本实施方式在环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元中e型图形化金属元件3-1与反e型图形化金属元件4-1构成超材料的结构单元。
具体实施方式三：结合图1至图4，本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：在环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元中固定金属结构阵列3的结构元件与可动金属结构阵列4的结构元件的初始间距为3μm，通过在梳齿型静电驱动结构2的电极上加载驱动电压v，驱动可动金属结构阵列4平面平移，使环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元中固定金属结构阵列3的结构元件与可动金属结构阵列4的结构元件的相对距离为d，0μm≤d≤3μm。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图4，本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：所述环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元的长为qx，qx＝210μm，宽为qy，qy＝106μm，e型图形化金属元件3-1和反e型图形化金属元件4-1的线宽为w，w＝10μm，短边长为l，l＝50μm，长边长为2s，s＝100μm。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式是一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、沉积二氧化硅层：利用材料生长工艺，在硅6表面制备一层二氧化硅钝化层7；
二、锚结构的光刻胶掩膜图形化：利用机械旋涂工艺，在二氧化硅表面均匀涂覆一层光刻胶，经曝光、显影和定影后，感光区域光刻胶在显影时被去除，形成微图形结构，得到锚结构图形化的光刻胶掩膜；所述光刻胶为正胶；
三、锚结构形成：利用刻蚀工艺，①、以锚结构图形化光刻胶为掩膜刻蚀二氧化硅钝化层7，得到刻蚀后的二氧化硅钝化层7-1，再利用去胶液去除光刻胶；②、以刻蚀后的二氧化硅钝化层7-1为掩膜对硅6表面进行刻蚀，去除刻蚀后的二氧化硅钝化层7-1，得到刻蚀后的硅6-1；所述刻蚀工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀；
四、结构层键合与减薄：利用硅硅键合工艺，将刻蚀后的硅6-1与基体硅衬底1进行键合，然后在边缘和基体硅衬底下表面涂覆保护层，再使用koh溶液湿法刻蚀对刻蚀后的硅6-1进行减薄，去除保护层得到减薄后硅6-2；
五、金属结构单元图形化：①、先利用机械旋涂工艺在减薄后硅6-2表面旋涂光刻胶，经曝光、显影和定影，以e型图形阵列和反e型图形阵列区域为感光区域，得到图形化的光刻胶；所述光刻胶为正胶；②、淀积金属层，金属层厚度为0.2μm～0.4μm，再利用去胶液去除图形化光刻胶，同时将图形化光刻胶上的金属层剥离，只保留感光区域沉积的金属层，即实现在减薄后硅6-2表面沉积e型图形化金属元件3-1阵列和反e型图形化金属元件4-1阵列，得到图形化金属超材料结构；
六、光刻胶掩膜图形化：利用机械旋涂工艺，在图形化金属超材料结构表面旋涂光刻胶，经曝光、显影和定影，形成梳齿型静电驱动结构2的微图形结构、悬浮硅框架5的微图形结构、固定金属结构阵列3的微图形结构和可动金属结构阵列4的微图形结构，得到微图形结构光刻胶掩膜图形；
七、刻蚀硅和释放mems结构：以微图形结构光刻胶掩膜图形作掩膜，利用深反应离子刻蚀技术进行深刻蚀硅，释放mems结构，再利用干法去除光刻胶，实现梳齿型静电驱动结构2、悬浮硅框架5、固定金属结构阵列3和可动金属结构阵列4，得到基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤一中所述材料生长工艺为外延、化学气相淀积或热氧化。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六的不同点是：步骤五②中所述淀积为溅射、真空蒸镀或化学气相淀积，所述金属层中金属为au、cu或al。其他与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七的不同点是：步骤四中所述koh溶液中koh的质量分数为40％。其他与具体实施方式五至七相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：结合图1至图9，一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、沉积二氧化硅层：利用材料生长工艺，在硅6表面制备一层二氧化硅钝化层7；
二、光刻胶掩膜图形化锚结构：利用机械旋涂工艺，在二氧化硅表面均匀涂覆一层光刻胶，经曝光、显影和定影后，感光区域光刻胶在显影时被去除，形成微图形结构，得到锚结构图形化的光刻胶掩膜；所述光刻胶为正胶；
三、锚结构形成：利用刻蚀工艺，①、以锚结构图形化光刻胶为掩膜刻蚀二氧化硅钝化层7，得到刻蚀后的二氧化硅钝化层7-1，再利用去胶液去除光刻胶；②、以刻蚀后的二氧化硅钝化层7-1为掩膜对硅6表面进行刻蚀，去除刻蚀后的二氧化硅钝化层7-1，得到刻蚀后的硅6-1；所述刻蚀工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀；
四、结构层键合与减薄：利用硅硅键合工艺，将刻蚀后的硅6-1与基体硅衬底1进行键合，然后在边缘和基体硅衬底下表面涂覆保护层，再使用质量分数为40％的koh溶液湿法刻蚀对刻蚀后的硅6-1进行减薄，去除保护层得到减薄后硅6-2；
五、金属结构单元图形化：①、先利用机械旋涂工艺在减薄后硅6-2表面旋涂光刻胶，经曝光、显影和定影，以e型图形阵列和反e型图形阵列区域为感光区域，得到图形化的光刻胶；所述光刻胶为正胶；②、淀积金属层，金属层厚度为0.2μm，再利用去胶液去除图形化光刻胶，同时将图形化光刻胶上的金属层剥离，只保留感光区域沉积的金属层，即实现在减薄后硅6-2表面沉积e型图形化金属元件3-1阵列和反e型图形化金属元件4-1阵列，得到图形化金属超材料结构；
六、光刻胶掩膜图形化：利用机械旋涂工艺，在图形化金属超材料结构表面旋涂光刻胶，经曝光、显影和定影，形成梳齿型静电驱动结构2的微图形结构、悬浮硅框架5的微图形结构、固定金属结构阵列3的微图形结构和可动金属结构阵列4的微图形结构，得到微图形结构光刻胶掩膜图形；
七、刻蚀硅和释放mems结构：以微图形结构光刻胶掩膜图形作掩膜，利用深反应离子刻蚀技术进行深刻蚀硅，释放mems结构，再利用干法去除光刻胶，实现梳齿型静电驱动结构2、悬浮硅框架5、固定金属结构阵列3和可动金属结构阵列4，得到基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器。
步骤一中所述材料生长工艺为化学气相淀积；所述化学气相淀积(cvd)利用硅烷和氧气反应可完成不掺杂sio2薄膜的淀积。具体反应过程是当由大量n2气稀释的sih4与过量氧的混合气体被加热到250～450℃时，硅烷和氧气反应生成二氧化硅并淀积在硅片表面，获得二氧化硅淀积厚度为300nm。
步骤五②中所述淀积为溅射，所述金属层中金属为al。所述溅射法是物理气相淀积薄膜的一种方法，是利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶电极(al)，在离子能量合适的情况下，入射离子与靶表面原子的碰撞过程中使靶原子(al原子)溅射出来，这些被溅射出来的al原子将带有一定的动能，并沿一定方向射向衬底，从而实现了在衬底上表面淀积薄膜，金属al的淀积厚度为0.2μm。
所述基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器包括基体硅衬底1、梳齿型静电驱动结构2、固定金属结构阵列3、可动金属结构阵列4和悬浮硅框架5，所述梳齿型静电驱动结构2和悬浮硅框架5设置在基体硅衬底1上，悬浮硅框架5与梳齿型静电驱动结构2连接，且悬浮硅框架5悬空设置，固定金属结构阵列3设置在悬浮硅框架5内、基体硅衬底1上，可动金属结构阵列4与悬浮硅框架5连接、悬空设置；所述固定金属结构阵列3由周期性排列的结构元件组成，且固定金属结构阵列3的结构元件呈“e”型结构，所述可动金属结构阵列4由周期性排列的结构元件组成，且可动金属结构阵列4的结构元件呈反“e”型结构，固定金属结构阵列3的结构元件与可动金属结构阵列4的结构元件成对相对设置，由成对相对设置的固定金属结构阵列3的结构元件与可动金属结构阵列4的结构元件组成环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元；所述固定金属结构阵列3的结构元件由e型图形化金属元件3-1和e型固定硅衬底3-2组成，e型固定硅衬底3-2设置在基体硅衬底1上，e型图形化金属元件3-1设置在e型固定硅衬底3-2上；所述可动金属结构阵列4的结构元件由反e型图形化金属元件4-1和反e型可动硅衬底4-2组成，反e型可动硅衬底4-2与悬浮硅框架5连接、悬空设置，反e型图形化金属元件4-1设置在反e型可动硅衬底4-2上；所述e型图形化金属元件3-1与反e型图形化金属元件4-1的结构参数完全相同，且e型图形化金属元件3-1与反e型图形化金属元件4-1平行设置；在环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元中固定金属结构阵列3的结构元件与可动金属结构阵列4的结构元件的初始间距为3μm，通过在梳齿型静电驱动结构2的电极上加载驱动电压v，驱动可动金属结构阵列4平面平移，使环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元中固定金属结构阵列3的结构元件与可动金属结构阵列4的结构元件的相对距离为d，0μm≤d≤3μm；所述环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元的长为qx，qx＝210μm，宽为qy，qy＝106μm，e型图形化金属元件3-1和反e型图形化金属元件4-1的线宽为w，w＝10μm，短边长为l，l＝50μm，长边长为2s，s＝100μm。
在te波垂直入射下检测实施例1基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器，结合图10至14，图10为分离状态，d从3μm到1μm时te波垂直入射超材料表面的传输曲线图；图11为d＝0μm时te波垂直入射超材料表面的传输曲线图；图12为分离状态，d＝3μm，te波垂直入射超材料表面时超材料金属表面电流分布及磁偶极子方向图；图13为接触状态，d＝0μm，te波垂直入射超材料表面时超材料金属表面电流分布及电偶极子方向图；图14为d＝3μm时te波垂直入射数值计算偶极矩分量图，图中▲表示环偶极矩在y方向的分量，记为ty，◆表示电偶极矩在y方向的分量，记为py，●表示磁偶极矩在x方向的分量，记为mx。通过图10可知，在te波垂直入射下，当d从3μm到1μm时，在0.05～1.2thz频段内均出现两个谐振，谐振频率分别为0.48thz和0.922thz。第一个谐振为环偶极子谐振，第二个谐振为电偶极子谐振。随着距离d逐渐变小，第一个环偶极子谐振的幅度逐渐变浅。通过图11可知，在te波垂直入射下，对梳齿型静电驱动结构施加电压，使可动金属结构阵列4发生平面移动，至与固定金属结构阵列3形成接触状态，即d＝0μm，此时在0.05～1.2thz频段内仅出现一个谐振，谐振频率为0.48thz，与d＝3μm时的第一个谐振频率相同。通过图12可知，在te波入射下，当可动金属结构阵列4与固定金属结构阵列3处于分离状态，d＝3μm时，第一个谐振点处金属表面电流呈两个方向相反的环形分布，且磁偶极子
在tm波垂直入射下检测实施例1基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器，结合图15至19，图15为d＝3μm时tm波垂直入射超材料表面的传输曲线图；图16为d＝0μm时tm波垂直入射超材料表面的传输曲线图；图17为分离状态，d＝3μm，tm波垂直入射超材料表面时超材料金属表面电流分布及磁偶极子方向图；图18为接触状态，d＝0μm，tm波垂直入射超材料表面时超材料金属表面电流分布及电偶极子方向图；图19为d＝3μm时tm波垂直入射数值计算偶极矩分量图，图中▲表示环偶极矩在x方向的分量，记为tx，◆表示电偶极矩在x方向的分量，记为px，●表示磁偶极矩在z方向的分量，记为mz。通过图15可知，在tm波垂直入射下，当d＝3μm时，在0.05～1.2thz频段内出现两个谐振，谐振频率分别为0.196thz和0.398thz。通过图16可知，在tm波垂直入射下，对梳齿型静电驱动结构施加电压，使可动金属结构阵列4发生平面移动，至与固定金属结构阵列3形成接触状态，即d＝0μm，此时在0.05～1.2thz频段内仅出现一个谐振，谐振频率为0.405thz。通过图17可知，在tm波垂直入射下，当可动金属结构阵列4与固定金属结构阵列3处于分离状态，d＝3μm时，第一个谐振点处金属表面电流呈两个方向相同的环形分布，且磁偶极子
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