一种太赫兹宽带编码随机表面的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于新型人工电磁材料领域，具体涉及一种太赫兹宽带编码随机表面。
【背景技术】
[0002]本实用新型中涉及的新型人工电磁材料是指一种具有天然媒质所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合媒质，通过改变单元结构及其空间排列来达到控制材料电磁特性的目的，可以得到分布更加广泛的介电常数和磁导率，实现更加新奇的电磁特性。
[0003]太赫兹(THz)波频率范围为0.1THz — ΙΟΤΗζ，波长范围为3mm — 0.03mm，对应的能量范围在0.04 — 4kJ/mol，在电磁波谱中波长介于微波的亚毫米波段与近红外波之间。与其他波段的电磁波相比，太赫兹波具有瞬时性、宽带性、高相干性以及低能性等独特性质，这使得太赫兹波具有重大的科学价值和广阔的应用前景。然而由于自然界中许多材料对太赫兹辐射不敏感，能操控太赫兹波的材料昂贵而稀少，太赫兹波段的功能器件匮乏，而人工电磁材料最大的优点就在于可以通过改变单元结构和组成成分来实现所需的媒质参数，在填补太赫兹空白的研宄进程中有望大显身手。
【发明内容】
[0004]技术问题:本实用新型的目的是提供一种结构简单，易于制作，能有效同时实现一比特、二比特、三比特及以上等多比特编码的太赫兹宽带低散射随机表面。通过设计有限个单元种类的排布规律，也即编码顺序来实现特定目标的太赫兹随机表面。这种随机表面可以通过对基本单元结构尺寸参数的调整，实现对单元谐振频率的微调，进而改变入射波的反射相位。单个尺寸的改变即可实现宽频带大相位的调整，能同时实现一比特至多比特编码随机表面。一般的“单层宽带随机表面”采用全随机相位，原则上每个单元的尺寸都不一样，而本实用新型采用有限数目的单元种类，大大简化了设计过程，对有限个单元种类排布规律的研宄，即编码顺序的优化设计也可以实现更优的效果。
[0005]技术方案:本实用新型的一种太赫兹宽带编码随机表面包括金属贴片层，介质层和金属地板层；所述介质层是聚酰亚胺或者其他有机高分子聚合物介质材料，厚度为微米量级；所述金属地板层位于介质层下表面，膜层厚度为200纳米及以上，用于防止电磁波透射；所述金属贴片层的基本单元为一阶迭代的闵科夫斯基环。
[0006]所述一阶迭代的闵科夫斯基环，介质层厚度t，金属贴片层基本单元周期为P =90 μ m，一阶迭代的闵科夫斯基环线宽为W，环结构内侧距离为Lin = 23 μ m，缝隙外围宽度为g = 15以及环的总长度为L，L的取值范围是从33 μπι到90 μπι，当L = 33 μπι时，一阶迭代的闵科夫斯基环退化为方环；当L = 90 μm时，相邻两个基本单元相连。
[0007]所述一阶迭代的闵科夫斯基环，当L值不同时，不同尺寸的基本单元具有不同的反射相位，由在0.8—1.8THz频带内相位差接近180度的两种尺寸基本单元组成一比特编码，或者相位差接近90度的四种尺寸基本单元组成二比特编码，或者相位差接近45度的八种尺寸基本单元组成三比特编码，以及更多尺寸的基本单元来组成更高比特数的编码，各基本单元随机无规律排布。
[0008]所述金属贴片层，其基本单元排列方式，利用粒子群算法(PSO)等优化算法进行优化。
[0009]有益效果:与现有技术相比，本实用新型的优势:
[0010]1.本实用新型制作简单，加工方便。本实用新型使用的一阶迭代闵科夫斯基环结构，一层金属贴片层即可实现大的相移范围。有限数目的单元种类也大大简化了设计过程。单层结构可通过标准光刻技术进行加工制作，节省造价，也避免了多层结构对齐引发的加工误差。
[0011]2.本实用新型具有超宽带特性。不同于一般的人工电磁材料，应用在单元结构的谐振频点上，工作频率限于谐振频率附近，带宽较窄。本实用新型利用不同相位差的单元结构共同作用引起散射相消来显著降低后向散射主要方向上的散射强度，避免了谐振频点的限制，极大地拓宽了工作频带。
[0012]3.本实用新型对大角度斜入射电磁波的后向散射也具有较好的抑制作用。实际应用中的复杂电磁环境，斜入射比正入射更加普遍，因此本实用新型能较好地适应复杂电磁环境。
[0013]4.本实用新型同时具备便携、重量轻、灵活度高等优点。总厚度在微米量级，易于共形，更具有普遍的应用意义。
【附图说明】
[0014]图1a是太赫兹宽带编码随机表面单个单元结构，一阶迭代闵科夫斯基环的正视图，
[0015]图1b是太赫兹宽带编码随机表面单个单元结构的尺寸标注图，其中示出了本实用新型中基本单元结构的周期P，一阶迭代的闵科夫斯基环线宽为W，环结构内侧距离为Lin，缝隙外围宽度为g以及环的总长度为L。
[0016]图1c是太赫兹宽带编码随机表面单个单元结构，一阶迭代闵科夫斯基环的侧视图。
[0017]图2是电磁波正入射且固定单元参数:p = 90 μπι，w = 5 μπι，Lin= 23 μm，g =15 μ m时，不同尺寸参数L情况下，仿真的反射幅度和反射相位与频率关系。
[0018]图3是电磁波正入射且频率为1.4THz时，一阶迭代闵科夫斯基环单元的反射相位和尺寸参数L的关系；同时表示出了可同时得到相位差接近180度的两种尺寸基本单元(一比特编码)，或者相位差接近90度的四种尺寸基本单元(二比特编码)，或者相位差接近45度的八种尺寸基本单元。
[0019]图4a —比特编码的随机表面图及局部放大图，
[0020]图4b 二比特编码的随机表面图及局部放大图，
[0021]图4c三比特编码的随机表面图及局部放大图。
[0022]图5电磁波正入射条件下归一化的一比特、三比特编码随机表面以及无随机表面的纯金属平板在0.8THz到2.0THz频率范围内反射系数的仿真结果。
[0023]图6a电磁波正入射条件下归一化的二比特编码随机表面以及无随机表面的纯金属平板在0.8THz到2.0THz频率范围内反射系数的仿真和实验结果，
[0024]图6b电磁波20°斜入射条件下，归一化的二比特编码随机表面以及无随机表面的纯金属平板在0.5THz到1.6THz频率范围内镜像方向的反射系数实验结果，
[0025]图6c电磁波30°斜入射条件下，归一化的二比特编码随机表面以及无随机表面的纯金属平板在0.5THz到1.6THz频率范围内镜像方向的反射系数实验结果，
[0026]图6d电磁波40°斜入射条件下，归一化的二比特编码随机表面以