一种可调控太赫兹波反射控制器的制作方法

本发明涉及一种太赫兹波反射器，尤其涉及一种可调控太赫兹波反射控制器。

背景技术：

最近一二十年，太赫兹波备受各国学者关注，一直都是研究的热点问题。而要实现对太赫兹波的充分利用，就必须实现简单灵活的对太赫兹波进行操控。而传统的方法如出一辙，都是利用在金属表面刻蚀不同的形状以及通过整块的介质材料来实现的。但是此方案确定显而易见，例如操作不灵活、器件体积庞大，不利于集成等。

随着2011年广义斯涅尔定理的问世，改变了这一现状。广义斯涅尔定理通过在二维表面引入不连续相位，利用平面上的的相位补偿来代替空间累积的相位，实现了利用二维超表面来操控电磁波的幅度和相位。利用此技术来制备光学器件，将极大的缩减器件几何尺寸，便于集成。

以上提到组成光学器件的单元结构都是按固定顺序排列的，当改变其顺序时，其效果则是不可预的，这造成了控制电磁波不灵活的缺点。本发明设计了一种可调控太赫兹波反射控制器，该反射控制器由不同r参数单元结构有规律的排列构成，并且每个单元结构对垂直入射的太赫兹波具有近似相等的反射幅度，但是其相邻单元结构在太赫兹波垂直照射下的反射相位差为90度。只要改变组成反射控制器的单元结构种类或者改变组成反射控制器单元结构的排列顺序便可以控制太赫兹波向任意方向反射。

技术实现要素：

本发明提供一种可调控太赫兹波反射控制器，通过对r参数单元结构进行有规律的排列构成太赫兹反射器，当太赫兹波垂直照射在反射器上时，改变组成反射控制器的单元结构种类或者改变组成反射控制器单元结构的排列顺序，便可以实现让垂直入射的太赫兹波向任意方向反射，实现对太赫兹波的可调控制。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

本发明共有4个基本结构单元，每个结构单元除r参数外，其余参数均相同。本发明中选取的4个r参数值分别为：27um、30.7um、38.5um、51.5um，每个参数值对应着一个不同的单元结构。为了方便描述，我们将r参数值为：27um、30.7um、38.5um、51.5um的4个单元结构分别命名为：1单元、2单元、3单元、4单元。这4个单元在太赫兹波的垂直照射下，将展现出各自独有的相位。在一定的频率范围内，相邻单元间的相位差约为90度。我们将这4个单元按一定规律在二维平面进行排列便形成了太赫兹波反射控制器，当太赫兹波垂直照射在控制器上时，改变组成反射控制器的单元结构种类或者改变组成反射控制器单元结构的排列顺序便可以使太赫兹波向不同的方向反射。

本发明具有结构简单、尺寸小、体积小、易于集成、宽频带，控制精度高等优点。

附图说明

图1为本发明的基本单元结构图。

图2为本发明的1单元、2单元、3单元、4单元分别在太赫兹波垂直照射下的反射强度曲线图。

图3为本发明的1单元、2单元、3单元、4单元分别在太赫兹波垂直照射下的反射相位曲线图。

图4为线性平面波垂直照射在以1单元、2单元、3单元、4单元为周期并且将该周期沿x轴排列形成的太赫兹波反射控制器时的三维远场散射方向图，频率为1.2thz。

图5为线性平面波垂直照射在以1单元、2单元、3单元、4单元为周期并且将该周期沿x轴延拓形成的太赫兹波反射控制器时的二维双站电场散射图，频率为1.2thz。

图6为线性平面波垂直照射在以1单元、2单元、3单元、4单元为周期并且将该周期沿y轴延拓形成的太赫兹波反射控制器时的三维远场散射方向图，频率为1.2thz。

图7为线性平面波垂直照射在以1单元、2单元、3单元、4单元为周期并且将该周期沿y轴延拓形成的太赫兹波反射控制器时的二维双站电场散射图，频率为1.2thz。

图8为线性平面波垂直照射在以2单元、2单元、4单元、4单元为周期并且将该周期沿x轴延拓形成的太赫兹波反射控制器时的三维远场散射方向图图，频率为1.2thz。

图9为线性平面波垂直照射在以2单元、2单元、4单元、4单元为周期并且将该周期沿x轴延拓形成的太赫兹波反射控制器时的二维双战电场散射图，频率为1.2thz。

图10为线性平面波垂直照射以2单元、2单元、4单元、4单元为周期并且将该周期沿y轴延拓形成的太赫兹波反射控制器时的三维远场散射方向图，频率为1.2thz。

图11为线性平面波垂直照射以2单元、2单元、4单元、4单元为周期并且将该周期沿y轴延拓形成的太赫兹波反射控制器时的二维双站电场散射图，频率为1.2thz。

图12为线性平面波垂直照射在以3*3个1单元、3*3个2单元、3*3个3单元、3*3个4单元依次按逆时针方向排列组成一个超级单元，该超级单元在x轴，y轴周期延拓形成的太赫兹波反射控制器时的三维远场散射方向图，频率为1.2thz。

图13为线性平面波垂直照射在以3*3个1单元、3*3个2单元、3*3个3单元、3*3个4单元依次按逆时针方向排列组成一个超级单元，该超级单元在x轴，y轴周期延拓形成的太赫兹波反射控制器时的二维双站电场散射图，频率为1.2thz。

具体实施方式

如图1所示，该基本单元结构从下到上包括底层正方形金属块、中间层正方形介质材料、顶层开口金属轮形。其中，底层正方形金属块的材料为铜块，厚度为d＝0.2um、长为p＝110um；中间层正方形介质材料的材料为聚酰亚胺，厚度为h＝35um，长为p＝110um；顶层开口金属轮形的材料为铜，厚度为d＝0.2um，开槽宽度l＝20um，金属宽度w＝6um，半径为r。当其它几何参数不变，半径r取值为27um、30.7um、38.5um、51.5um时，其分别构成了1单元、2单元、3单元、4单元。以上4个单元分别在太赫兹波垂直照射下将产生各自的幅度及相位曲线图，如图2和图3所示。从图3可以看出，1单元在1.2thz处的反射相位为-80度、2单元在1.2thz处的反射相位为-170度、3单元在1.2thz处的反射相位为-260度、4单元在1.2thz处的反射相位为-350度，相邻单元相位差为90度。在线性平面波垂直照射反射控制器时，改变构成反射控制器的单元结构种类或者构成控制器的单元结构排列规律，便可以使太赫兹波向任意方向反射。

实施例1

图4和图6分别展示了线偏振平面波垂直照射在以1单元、2单元、3单元、4单元依次排列为周期单元，并且该周期单元沿着x轴排列和以1单元、2单元、3单元、4单元依次排列为周期单元，并且该周期单元沿着y轴排列形成的太赫兹波反射控制器下的三维远场方向图。从图4可以看出，垂直入射线偏振平面波被偏离到了xoz平面内，与z轴形成34.6度的的夹角如图5二维电场散射图所示。从图6可以看出垂直入射线偏振平面波被偏离到了与xoz垂直的yoz平面内，偏离的角度为如图7二维电场散射图所示。这是由于相对于构成图4的反射控制器单元结构而言，构成图6所示反射控制器的单元结构排列规律发生了变化，所以使得其反射方向不同。而反射角则可以通过广义斯涅尔定理(λ为自由空间波长，γ为一个梯度周期长度)可以很容易算出θ＝34.6°，与仿真结果一致。

实施例2

图8和图10是线偏振平面波垂直照射在以2单元、2单元、4单元、4单元依次排列为周期单元并且该周期沿着x轴排列和以2单元、2单元、4单元、4单元依次排列为周期单元并且该周期单元沿着y轴排列形成的太赫兹波反射控制器下的三维远场方向图。从图8可以很明确的看出线偏振太赫兹波被分离为在xoz平面关于z轴对称的两束强度相等的太赫兹波，其偏离z轴的夹角图9给出了相应的二维电场散射图。而从图10我们可以看出，线偏振太赫兹波被均等的分离到了yoz平面，且与z轴对称等强度的两束太赫兹波，其偏离角度为和相应的二维电场散射图如图11所示。图8和图10差异是由于构成反射控制器的单元结构的排列规律不同造成的，而图8和实施例1中图4的差异则是由于改变构成太赫兹波反射控制器的单元结构种类造成的。