一种基于金属及二氧化钒的太赫兹开关的制作方法

本发明涉及微波吸收器技术领域，具体为一种基于金属及二氧化钒的太赫兹开关。

背景技术：

太赫兹(thz)波是位于微波和远红外线之间的电磁波，是宽带光的一种。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，从此使得人们能够研究太赫兹。太赫兹波在社会高速发展的今天其优势极为显著，因此吸引了广泛的研究关注。超材料电磁吸波器，是一类能够有效吸收电磁波，并使其为后续过程所利用的元件，通过设计超材料电磁吸波器表面阵列单元结构，可达到对电磁波的精确操控。超材料电磁吸波器精密的微米级结构，使吸收器的尺寸更小，更易于集成，性能更加优越，这让它比传统吸收设备拥有更强的竞争力，其巨大的应用潜力使其受到全世界研究人员的关注。但超材料电磁吸波器通常都面临着有限的带宽或者复杂的设计和制造过程等缺陷，而且吸收频带带宽不足，吸收性能无法调整，不利于实际的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种基于金属及二氧化钒的太赫兹开关。本发明对太赫兹波具有优越吸收特性或反射特性，可以实现对太赫兹波吸收或反射的调控。

本发明的技术方案：一种基于金属及二氧化钒的太赫兹开关，包括由下向上依次层叠的截面为正方形的二氧化钒层和二氧化硅层；所述二氧化硅层的表面设有金属贴片层，所述的金属贴片层包括设置在二氧化硅层表面的方形环贴片，方形环贴片围合的二氧化硅层表面区域内设有十字形贴片；所述二氧化硅层的厚度为10μm，宽度10μm，介电常数为3.9；所述二氧化钒层的厚度为0.2μm，宽度10μm；所述方形环贴片的厚度为0.2μm，方形环的外边长为4.25μm，内边长为3.25μm，宽度为0.5μm；所述十字形贴片的厚度为0.2μm，长度为2.4μm，宽度为1μm。

上述的基于金属及二氧化钒的太赫兹开关，所述方形环贴片和十字形贴片之间的二氧化硅层的表面设有呈阵列分布的石墨烯层，所述石墨烯层的四条边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界。

前述的基于金属及二氧化钒的太赫兹开关，所述石墨烯层的四角处分别设有透射孔点阵，每个角处的透射孔点阵呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵之间构成阵列栅。

与现有技术相比，本发明通过由下向上依次层叠的截面为正方形的二氧化钒层和二氧化硅层，二氧化硅层上设置金属贴片层，该金属贴片层包括设置在二氧化硅层表面的方形环贴片，方形环贴片围合的二氧化硅层表面区域内设有十字形贴片，本发明的金属贴片层完美的对称结构使得该太赫兹开关具有偏振不敏感特性，而且二氧化钒作为热控系统的理想材料，通过改变温度条件能够使得二氧化钒发生从绝缘相到金属相的可逆相变，使得本发明可以对宽入射角范围内的太赫兹保持出色的吸收特性和反射特性。此外，在方形环贴片和十字形贴片之间的二氧化硅层的表面设有呈阵列分布的石墨烯层，石墨烯层的边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界；石墨烯层的四角处分别设有透射孔点阵，每个角处的透射孔点阵呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵之间构成阵列栅。通过上述结用使得基于太赫兹波的同相和反相的两个偏振态相互叠加得到自旋态.能诱使金层的结构中可以产生拓扑相变，从而得到具有更优的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是吸收率和频率之间的关系图；

图4是实施例2中的二氧化硅层的表层结构；

图5是石墨烯层的结构示意图。

附图标记

1、二氧化钒层；2、二氧化硅层；3、金属贴片层；4、方形环贴片；5、十字形贴片；6、石墨烯层；7、拓扑边界；8、透射孔点阵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1：一种基于金属及二氧化钒的太赫兹开关，如图1-2所示，包括由下向上依次层叠的截面为正方形的二氧化钒层1和二氧化硅层2；所述二氧化硅层2的表面设有金属贴片层3，该金属贴片层3的材质可以是金或者是铜；所述的金属贴片层3包括设置在二氧化硅层表面的方形环贴片4，方形环贴片4围合的二氧化硅层2表面区域内设有十字形贴片5。所述二氧化硅层2的厚度为10μm，宽度10μm，介电常数为3.9。所述二氧化钒层1的厚度为0.2μm，宽度10μm。所述方形环贴片4的厚度为0.2μm，方形环的外边长为4.25μm，内边长为3.25μm，宽度为0.5μm。所述十字形贴片5的厚度为0.2μm，长度为2.4μm，宽度为1μm。

申请人对二氧化硅层上设置金属贴片层的工艺进行了优选，具体是，对二氧化硅进行氟化处理，用臭氧气体在密封环境下催化氧化，通过原子层沉积技术在表面形成隔绝介质，将处理后的二氧化硅裁切至指定的形状，得到二氧化硅层。将金属贴片层放置到二氧化硅层表面，二氧化硅层的隔绝介质与金属贴片层相贴合，在80％氮气和20％氧气的环境下加热并退火处理，使得金属贴片层与二氧化硅层相结合。本发明通过上述工艺可以使得金属贴片层与二氧化硅层之间结合更为的紧密与稳定，减少了金属贴片层的翘曲，不仅大大降低了金属贴片层与二氧化硅层之间应力，还能保证太赫兹吸收器这类敏感器件的谐振性能。

通过改变温度条件能够使得二氧化钒发生从绝缘相到金属相的可逆相变，从事改变二氧化钒的导电率，由此对实施例1中的太赫兹开关进行测试，得到如图3所示的不同导电性下的吸收效率变化图，从图3中可以看出，由于二氧化钛的特性，随着电导率的不断增加(300-300000s/m)，在2-4thz的频率范围内，太赫兹开关的有效阻抗和自由空间的有效阻抗逐渐匹配，当二氧化钛处于金属态(电导率为30000s/m)时，本发明的太赫兹开关获得了最高的吸收率和最宽的吸收带宽，表现为全吸收状态。当二氧化钛处于绝缘态(电导率为300s/m)时，吸收效率几乎为零，此时表现为全反射状态。由此，本发明可以对宽入射角范围内的太赫兹保持出色的吸收特性和反射特性。

实施例2：在实施例1的基础上，如图4-图5所示，所述方形环贴片4和十字形贴片5之间的二氧化硅层2的表面设有呈阵列分布的石墨烯层6，所述石墨烯层6的四条边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界7；所述石墨烯层6的四角处分别设有透射孔点阵8，每个角处的透射孔点阵8呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵8之间构成阵列栅。通过上述结用使得基于太赫兹波的同相和反相的两个偏振态相互叠加得到自旋态.能诱使金层的结构中可以产生拓扑相变，从而得到具有更优的鲁棒性。申请人将实施例2中的选择器和实施例1中的选择器进行进了比对,用于测试太赫兹的吸收率,经过测试,相比实施例1中的吸收效果,实施例2中的吸收率可以再进一步的提高。

综上所述，本发明对太赫兹波具有优越吸收特性或反射特性，可以实现对太赫兹波吸收或反射的调控。

技术特征：

1.一种基于金属及二氧化钒的太赫兹开关，其特征在于：包括由下向上依次层叠的截面为正方形的二氧化钒层(1)和二氧化硅层(2)；所述二氧化硅层(2)的表面设有金属贴片层(3)，所述的金属贴片层(3)包括设置在二氧化硅层表面的方形环贴片(4)，方形环贴片(4)围合的二氧化硅层(2)表面区域内设有十字形贴片(5)；所述二氧化硅层(2)的厚度为10μm，宽度10μm，介电常数为3.9；所述二氧化钒层(1)的厚度为0.2μm，宽度10μm；所述方形环贴片(4)的厚度为0.2μm，方形环的外边长为4.25μm，内边长为3.25μm，宽度为0.5μm；所述十字形贴片(5)的厚度为0.2μm，长度为2.4μm，宽度为1μm。

2.根据权利要求1所述的基于金属及二氧化钒的太赫兹开关，其特征在于：所述方形环贴片(4)和十字形贴片(5)之间的二氧化硅层(2)的表面设有呈阵列分布的石墨烯层(6)，所述石墨烯层(6)的四条边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界(7)。

3.根据权利要求2所述的基于金属及二氧化钒的太赫兹开关，其特征在于：所述石墨烯层(6)的四角处分别设有透射孔点阵(8)，每个角处的透射孔点阵(8)呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵(8)之间构成阵列栅。

技术总结
本发明公开了一种基于金属及二氧化钒的太赫兹开关，其特征在于：包括由下向上依次层叠的截面为正方形的二氧化钒层和二氧化硅层；所述二氧化硅层的表面设有金属贴片层，所述的金属贴片层包括设置在二氧化硅层表面的方形环贴片，方形环贴片围合的二氧化硅层表面区域内设有十字形贴片。本发明对太赫兹波具有优越吸收特性或反射特性，可以实现对太赫兹波吸收或反射的调控。

技术研发人员：徐弼军;闫梦瑶;孙志超;吴白瑞;程盼;吴震东
受保护的技术使用者：浙江科技学院
技术研发日：2020.09.03
技术公布日：2020.12.11