太赫兹波的调制装置和系统

本申请涉及电磁功能器件，特别是涉及一种太赫兹波的调制装置和系统。

背景技术：

1、太赫兹波(简称thz波)是频率在0.1thz-10thz区间的电磁波，该波段位于毫米波和红外光之间，故太赫兹通信集成了微波通信与光通信的优势，在通信领域具有良好的保密性及抗干扰能力。

2、然而，高性能太赫兹通信、雷达、成像等应用场景需要特殊相位的太赫兹波，故需要对太赫兹波的相位进行调制。目前，主要是通过透镜的反射和折射来实现太赫兹波的相位调制。

3、然而，现有的调制技术存在灵活性低的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高太赫兹波调制技术灵活性的太赫兹波的调制装置和系统。

2、第一方面，本申请提供了一种太赫兹波的调制装置。所述太赫兹波的调制装置包括多个谐振单元，多个谐振单元以二维阵列的形式排布；每个谐振单元包括调制单元和介质层，调制单元固定在介质层的第一表面；

3、调制单元用于在被加载预设电压的情况下产生形变，以对入射的太赫兹波进行相位调制。

4、本装置利用谐振单元的输入电压与反射太赫兹波的相位之间的依赖关系，对各谐振单元的输入电压进行设置，从而实现对各谐振单元反射的太赫兹波的相位调制。另外，由于各谐振单元是以二维阵列的形式排布的，对各谐振单元加载不同的预设电压，则可以实现二维阵列上的各谐振单元反射的太赫兹波的相位不同，与现有技术相比，可以根据加载的各谐振单元加载的预设电压的大小，灵活的调制各谐振单元反射的太赫兹波的相位，即提高了太赫兹波调制的灵活性。

5、在其中一个实施例中，上述谐振单元还包括：背部电极，背部电极固定在介质层的第二表面，第一表面与第二表面相背离；

6、背部电极用于与外部电路电连接。

7、需要说明的是，由于谐振单元的第一表面需要接收入射的太赫兹波，并将接收到的太赫兹波反射出去，故在谐振单元的第一表面无法设计高密度互联电路，因此，在谐振单元的第二表面(第二表面与第一表面背离)上设置了背部电极，在背部电极上加载电压，以使谐振单元上的调制单元发生形变，从而对入射的太赫兹波的相位进行调制。

8、在其中一个实施例中，上述谐振单元还包括：连接部件，连接部件用于连接调制单元和背部电极，使调制单元固定在介质层的第一表面，以及使背部电极固定在介质层的第二表面。

9、其中，连接部件的材料是镀铜硅，连接部件可以穿过介质层，连接调制单元和背部电极，以使调制单元固定在介质层的一侧，以及使背部电极固定在介质层的另一侧。

10、需要说明的是，上述实施例中将外部调控电路与背部电极连接，而背部电极通过连接部件与调制单元连接，也就是说，外部调控电路施加的电压可以通过背部电极和连接部件加载到调制单元上，以使调制单元发生形变，该形变可以对入射在介质层的第一表面的入射太赫兹波进行调制。

11、在其中一个实施例中，上述谐振单元还包括：第一绝缘层，第一绝缘层设置在介质层的第一表面与背部电极之间。

12、在其中一个实施例中，上述谐振单元还包括：第二绝缘层，第二绝缘层设置在介质层的第二表面与调制单元之间。

13、其中，第一绝缘层和第二绝缘层均是由氮化硅材料制作而成，可将介质层与背部电极，以及介质层与调制单元之间绝缘，以使通过调控电路加载在介质层、背部电极(或者调制单元)之间的电压不会相互影响。

14、在其中一个实施例中，上述谐振单元还包括：表面金属结构，表面金属结构设置在调制单元和介质层之间。

15、需要说明的是，上述表面金属结构的设置使得调制单元与介质层之间存在一定的间隙，该间隙的大小会在谐振单元加载了预设电压之后发生改变，进而导致谐振单元的谐振特性发生改变。

16、在其中一个实施例中，上述调制单元为悬臂梁结构。

17、在其中一个实施例中，上述调制单元为十字型的悬臂梁结构。

18、其中，调制单元是可发生形变的金属材料制作而成的，例如，调制单元为铝。调制单元可以在谐振单元加载了预设的电压之后发生形变，该形变会改变谐振单元的谐振特性，在入射太赫兹波入射到谐振单元后，会基于发生形变的谐振单元对反射的太赫兹波的相位进行调制。进一步的，上述表面金属结构可以设置在本实施例中十字型悬臂梁结构的调制单元的四个端部，以使调制单元与介质层不直接连接，而是存在一定的间隙，该间隙的大小会在谐振单元加载了预设的电压之后发生改变，进而导致谐振单元的谐振特性发生改变。

19、在其中一个实施例中，上述介质层的材料为硅晶体。

20、第二方面，本申请还提供了一种太赫兹波的调制系统。所述太赫兹波的调制系统包括如权利要求所述的太赫兹波的调制装置和调控电路，调控电路与太赫兹波的调制装置连接；

21、调控电路，用于根据调制装置中各谐振单元的排布位置，确定各谐振单元上所需加载的预设电压，并将各预设电压对应加载到各谐振单元上，以控制各调制单元基于各自的预设电压对输入的太赫兹波进行相位调制。

22、其中，调制单元是可发生形变的金属材料制作而成的，例如，调制单元为铝。调制单元可以在谐振单元加载了预设的电压之后发生形变，该形变会改变谐振单元的谐振特性，在入射太赫兹波入射到谐振单元后，会基于发生形变的谐振单元对反射的太赫兹波的相位进行调制。进一步的，上述表面金属结构可以设置在本实施例中十字型悬臂梁结构的调制单元的四个端部，以使调制单元与介质层不直接连接，而是存在一定的间隙，该间隙的大小会在谐振单元加载了预设的电压之后发生改变，进而导致谐振单元的谐振特性发生改变。

23、上述太赫兹波的调制装置和系统，包括多个谐振单元，多个谐振单元以二维阵列的形式排布；每个谐振单元包括调制单元和介质层，调制单元固定在介质层的第一表面；调制单元用于在被加载预设电压的情况下产生形变，以对入射的太赫兹波进行相位调制。本装置利用谐振单元的输入电压与反射太赫兹波的相位之间的依赖关系，对各谐振单元的输入电压进行设置，从而实现对各谐振单元反射的太赫兹波的相位调制。另外，由于各谐振单元是以二维阵列的形式排布的，对各谐振单元加载不同的预设电压，则可以实现二维阵列上的各谐振单元反射的太赫兹波的相位不同，与现有技术相比，可以根据加载的各谐振单元加载的预设电压的大小，灵活的调制各谐振单元反射的太赫兹波的相位，即提高了太赫兹波调制的灵活性。

技术特征：

1.一种太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述太赫兹波的调制装置包括多个谐振单元，所述多个谐振单元以二维阵列的形式排布；每个谐振单元包括调制单元和介质层，所述调制单元固定在所述介质层的第一表面；

2.根据权利要求1所述的太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述谐振单元还包括：背部电极，所述背部电极固定在所述介质层的第二表面，所述第一表面与所述第二表面相背离；

3.根据权利要求2所述的太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述谐振单元还包括：连接部件，所述连接部件用于连接所述调制单元和所述背部电极，使所述调制单元固定在所述介质层的第一表面，以及使所述背部电极固定在所述介质层的第二表面。

4.根据权利要求2所述的太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述谐振单元还包括：第一绝缘层，所述第一绝缘层设置在所述介质层的第一表面与所述背部电极之间。

5.根据权利要求1所述的太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述谐振单元还包括：第二绝缘层，所述第二绝缘层设置在所述介质层的第二表面与所述调制单元之间。

6.根据权利要求1所述的太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述谐振单元还包括：表面金属结构，所述表面金属结构设置在所述调制单元和所述介质层之间。

7.根据权利要求1所述的太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述调制单元为悬臂梁结构。

8.根据权利要求1所述的太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述调制单元为十字型的悬臂梁结构。

9.根据权利要求1所述的太赫兹波的调制装置，其特征在于，所述介质层的材料为硅晶体。

10.一种太赫兹波的调制系统，其特征在于，所述太赫兹波的调制系统包括如权利要求1所述的太赫兹波的调制装置和调控电路，所述调控电路与所述太赫兹波的调制装置连接；

技术总结
本申请涉及一种太赫兹波的调制装置和系统，包括多个谐振单元，多个谐振单元以二维阵列的形式排布；每个谐振单元包括调制单元和介质层，调制单元固定在介质层的第一表面；调制单元用于在被加载预设电压的情况下产生形变，以对入射的太赫兹波进行相位调制。本装置可以对各谐振单元的输入电压进行设置，从而实现对各谐振单元反射的太赫兹波的相位调制。另外，由于各谐振单元是以二维阵列的形式排布的，对各谐振单元加载不同的预设电压，则可以实现二维阵列上的各谐振单元反射的太赫兹波的相位不同，与现有技术相比，可以根据加载的各谐振单元加载的预设电压的大小，灵活的调制各谐振单元反射的太赫兹波的相位，即提高了太赫兹波调制的灵活性。

技术研发人员：尤政,赵晓光,谢荣博,尤睿,阮勇,张凌云,吴宇,刘晓琴
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14