CN106469855A - 太赫兹超材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太赫兹超材料，该太赫兹超材料包括基底；设置在基底上的电磁损耗谐振环结构，其中，通过调整电磁损耗谐振环结构的不同结构尺寸和方阻实现太赫兹波段电磁调制功能。本发明通过在基底上设置电磁损耗谐振环结构，并通过调整电磁损耗谐振环结构的不同结构尺寸和方阻来实现太赫兹波段电磁调制功能，从而达到简化太赫兹器件的加工步骤，降低加工成本的效果，使得太赫兹技术能够在电磁通信领域得到广泛应用的效果。

Description

太赫兹超材料
技术领域
本发明涉及电磁通信领域，具体来说，涉及一种太赫兹超材料。
背景技术
太赫兹波段(Terahertz，THz)，是指频率位于0.1THz-10THz范围内的电磁波，其波长覆盖3mm-30μm，也被成为THz辐射、亚毫米波或者T射线。太赫兹在电磁波谱中处于毫米波和红外之间，相对于毫米波和红外这两个波段而言，太赫兹在电磁通信领域的应用并不广泛。
对于太赫兹的应用受限的原因来说，主要在于其受到太赫兹发生源、探测器以及功能器件的制约，因此尚未得到大规模应用；此外，由于太赫兹波长非常短，这则会导致其器件尺寸相对微波器件而言要小很多，也就是说，其尺寸可能是微波器件的百分之几的量级，因此，太赫兹器件的加工会变得非常困难，而且成本高昂。
所以，在现有技术中，大部分太赫兹器件都是采用光刻方法得到的，但是这样会造成样件尺寸小，成品率不高的问题，而这显然会极大的制约对太赫兹技术的深入研究和广泛应用。
针对相关技术中太赫兹器件所存在的加工困难，价格昂贵，不利于太赫兹技术在电磁通信领域的应用的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种太赫兹超材料，能够简化太赫兹器件的加工步骤，降低加工成本，能够电磁通信领域得到广泛应用。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种太赫兹超材料。
该太赫兹超材料包括：
基底；
设置在基底上的电磁损耗谐振环结构，其中，通过调整电磁损耗谐振环结构的不同结构尺寸和方阻实现太赫兹波段电磁调制功能。
其中，该基底包括柔性基底。
此外，该太赫兹超材料进一步包括：
覆盖在基底上的电磁损耗薄膜。
其中，在电磁损耗薄膜上加工有不同尺寸的上述电磁损耗谐振环结构。
可选的，电磁损耗谐振环结构为具有开口的谐振环结构。
其中，具有开口的谐振环结构呈U字形、V字形、C字形、倒h形、L字形、或者y字形。
可选的，电磁损耗谐振环结构为具有闭合的谐振环结构。
其中，具有闭合的谐振环结构呈椭圆形、闭合多边形、D字形、或者P字形。
优选的，电磁损耗谐振环结构的方阻为200欧姆每方。
此外，电磁损耗薄膜所包含的材料选自纳米碳粉、或者树脂、或者二者的结合。
另外，可选的，设置在基底上的电磁损耗谐振环结构包括多个，且多个电磁损耗谐振环结构在基底上以周期性阵列的方式进行排布。
其中，基底划分有多个单元格，每个单元格上放置一个电磁损耗谐振环结构。
优选的，单元格呈方形，且单元格的长度和宽度的尺寸范围均为320μm～480μm。
优选的，柔性基底包括聚酰亚胺薄膜(PI)膜。
优选的，柔性基底为低介电常数的基底。
可选的，基底的介电常数的取值范围为2.8～4.2，基底的损耗角正切的取值范围为0.0048～0.0072，基底的厚度的取值范围为60μm～90μm。
可选的，基底的介电常数的取值范围为3.44～5.16，基底的损耗角正切的取值范围为0.0032～0.0048，基底的厚度的取值范围为32μm～48μm。
其中，太赫兹超材料的对太赫兹波段的电磁调制功能的影响因素包括以下至少之一：
电磁损耗谐振环结构的尺寸；
电磁损耗谐振环结构的方阻；
多个电磁损耗谐振环结构在基底上的周期排布方式。
优选的，电磁损耗谐振环结构包括相互平行且对称的两条侧边以及连接两条侧边的底边。
优选的，侧边的长度的取值范围为180μm～220μm，侧边的宽度的取值范围为40μm～60μm，两条侧边相距的取值范围为180μm～220μm，底边的长的取值范围为240μm～360μm。
本发明通过在基底上设置电磁损耗谐振环结构，并通过调整电磁损耗谐振环结构的不同结构尺寸和方阻来实现太赫兹波段电磁调制功能，从而达到简化太赫兹器件的加工步骤，降低加工成本的效果，使得太赫兹技术能够在电磁通信领域得到广泛应用的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的太赫兹超材料的侧面图；
图2是根据图1所示的太赫兹超材料的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种太赫兹超材料。
如图1所示，根据本发明实施例的太赫兹超材料包括：
基底11，和设置在基底11上表面的电磁损耗谐振环结构12，其中，从与图1对应的太赫兹超材料的俯视图图2可以看出，电磁损耗谐振环结构12的结构为环状结构，其中，可以通过调整电磁损耗谐振环结构12的不同结构尺寸和方阻来实现太赫兹波段电磁调制功能。
对于上述实施例中的电磁损耗谐振环结构12来说，在该太赫兹超材料的制作过程中，首先需要在基底11上覆盖一层电磁损耗薄膜，而该电磁损耗谐振环结构12正是基于该电磁损耗薄膜加工制作而成，而在不同的实施例中，可以在电磁损耗薄膜上加工不同尺寸的电磁损耗谐振环结构12，使得基底上设置有多个不同尺寸的电磁损耗谐振环结构。
其中，从图1、图2所示的实施例中可以看出，根据本发明实施例的电磁损耗谐振环结构可以为具有开口的谐振环结构(图1、图2示意的为单开口的规则谐振环)，但是根据电磁调制的不同需求，也可以将电磁损耗谐振环结构12构造成闭合谐振环或者多开口的谐振环，从而调节太赫兹波段(0.1THz～10THz)的电磁损耗的频率和幅度。
例如在不同的实施例中，在该电磁损耗谐振环结构为具有开口的谐振环结构时，该具有开口的谐振环结构可以呈U字形、V字形、C字形、倒h形、L字形、或者y字形等。
而在该电磁损耗谐振环结构为具有闭口的谐振环结构时，该具有闭合的谐振环结构可以呈椭圆形、闭合多边形、D字形、或者P字形等。
优选的，从图2可以看出，在本实施例中，该谐振环结构为U形规则单开口谐振环(即单开口方形谐振环)，其中，从图1可以看出，该单开口方形谐振环包括相互平行且对称的两条侧边以及连接两条侧边的底边，其中，对于两侧边和底边的尺寸来说，这里的侧边的长度的取值范围为180μm～220μm，侧边的宽度的取值范围为40μm～60μm、两条侧边相距的取值范围为180μm～220μm，底边的长度的取值范围为240μm～360μm，其中，在一个优选的实施例中，侧边长度和宽度分别为200μm、50μm，两条侧边相距为200μm，该底边长度为300μm。
相应的，从图2还可以看出，电磁损耗谐振环结构12的厚度h＝18μm。
其中，图2所示的电磁损耗谐振环结构的方阻则为200欧姆每方。
当然，这里只是示意性的举例而已，也就是说，本发明对于谐振环结构的具体形状并不作限定，只要使该电磁损耗谐振环结构满足是环形结构，从而可以根据对太赫兹频段的不同调节要求，设置不同类型的环结构在即可。
此外，在一个实施例中，对于加工成上述电磁损耗谐振环结构的电磁损耗薄膜的组成材料而言，所包含的材料选自纳米碳粉、或者树脂、或者二者的结合，也就是说，该电磁损耗薄膜可以是由纳米级碳粉构成，也可以是由树脂材料构成，还可以是由纳米级碳粉和树脂材料掺杂在一起的混合物材料，当然，该电磁损耗薄膜的组成材料还可以是其他的一些具备电磁损耗功能的非金属材料，从而可以根据不同的太赫兹波段的调制需要，掺杂不同的非金属材料。
其中，在上述实施例中是以一基底上设置一个电磁损耗谐振环结构为例的，而实质上，在不同的实施例中，可以在电磁损耗薄膜上加工不同尺寸的电磁损耗谐振环结构12，使得基底上设置有多个不同尺寸的电磁损耗谐振环结构。
优选的，为了实现对太赫兹波段的电磁调制，根据本发明实施例的电磁损耗谐振环结构12在柔性基底11上是以周期性阵列的方式排布的，即根据本发明实施例的太赫兹超材料可以包括多个以周期性阵列的方式排布的图2所示的超材料单元结构。
其中，在一个实施例中，在电磁损耗谐振环结构为多个的情况下，基底可划分有多个单元格，并每个单元格上放置一个电磁损耗谐振环结构，并且每个单元格上放置的电磁损耗谐振环结构的形状可以相同或不同。
另外，从图1、2可以看出，由于在本实施例中的谐振环结构为方谐振环，相应的，柔性基底11的尺寸则被设计成了正方形结构，柔性基底11的长度和宽度的尺寸范围均为320μm～480μm，在本实施例中，柔性基底11的优选长度Lx＝400μm，优选宽度Ly＝400μm，并且，其上表面的尺寸可以容纳谐振环结构，使得谐振环结构与柔性基底的边缘存在间隔的空间。
另外，在一个实施例中，为了使本发明的太赫兹超材料实现对太赫兹波段的电磁调制，根据本发明是实施例的基底11可以是柔性基底，且为低介电常数的基底(介电常数小于4.5且大于3.8)；而对于该柔性基底11的组成成分来说，其可以是PI膜，当然，其也可以是由其他的柔性材料构成，这样就可使本发明的太赫兹超材料能够附着在任何曲面上，从而使得应用本发明的太赫兹超材料的元件更加广泛，不受元件形状的限制，更具应用的普遍性；
此外，在一个实施例中，根据本发明实施例的太赫兹超材料还提供了两种韧性不同的柔性基底，其中，在一个实施例中，该柔性基底的介电常数的取值范围为2.8～4.2，柔性基底的损耗角正切的取值范围为0.0048～0.0072，柔性基底的厚度的取值范围为60μm～90μm，其中，在一个优选的实施例中，该柔性基底的介电常数为3.5，柔性基底的损耗角正切为0.006，从图1、2可以看出，该柔性基底的厚度d为75μm；
而在另一个实施例中，柔性基底的介电常数还可以在3.44～5.16范围内，且柔性基底的损耗角正切的取值范围为0.0032～0.0048，柔性基底的厚度的取值范围为32μm～48μm，其中，在一个优选的实施例中，该柔性基底的介电常数则为4.3，柔性基底的损耗角正切为0.004，从图1、2可以看出，柔性基底的厚度为d为40μm。
这样就可根据制造的电磁器件的不同需求，使本发明的太赫兹超材料具备不同的韧性，使得本发明的太赫兹超材料的应用环境更加广泛。
另外，对于本发明的太赫兹超材料在太赫兹波段(0.1THz～10THz)进行电磁调制时，影响其电磁调制功能的因素可以是电磁损耗谐振环结构12的尺寸(例如谐振环的开口情况、具体形状尺寸等)，也可以是电磁损耗谐振环结构12的方阻，还可以是多个电磁损耗谐振环结构12在基底11上的周期排布方式(即不同的周期排布方式)，当然还可以是上述三种因素的任意组合，也就是说，根据本发明的太赫兹超材料可以通过调整谐振环结构、构成该谐振环结构的非金属电磁损耗薄膜的方阻，以及谐振环结构在柔性基底上的排布方式来调节太赫兹波段的电磁损耗的频率和幅度，从而实现电磁调整。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在电磁损耗材料上设置不同尺寸的谐振环结构，从而实现调谐电磁特性的超材料，使得本发明的基于电磁损耗谐振环结构的太赫兹超材料具有重量轻、价格低廉、易于加工的优势，相比于无任何结构设计的电磁损耗材料所形成的太赫兹超材料的设计，具备损耗可调节的优势，并具备对太赫兹频段的电磁调制的可控性，更加具有实际应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种太赫兹超材料，其特征在于，包括：
基底；
设置在所述基底上的电磁损耗谐振环结构，其中，通过调整所述电磁损耗谐振环结构的不同结构尺寸和方阻实现太赫兹波段电磁调制功能。
2.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述基底包括柔性基底。
3.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述太赫兹超材料进一步包括：
覆盖在所述基底上的电磁损耗薄膜。
4.根据权利要求3所述的太赫兹超材料，其特征在于，在所述电磁损耗薄膜上加工有不同尺寸的所述电磁损耗谐振环结构。
5.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述电磁损耗谐振环结构为具有开口的谐振环结构。
6.根据权利要求5所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述具有开口的谐振环结构呈U字形、V字形、C字形、倒h形、L字形、或者y字形。
7.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述电磁损耗谐振环结构为具有闭合的谐振环结构。
8.根据权利要求7所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述具有闭合的谐振环结构呈椭圆形、闭合多边形、D字形、或者P字形。
9.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述电磁损耗谐振环结构的方阻为200欧姆每方。
10.根据权利要求3所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述电磁损耗薄膜所包含的材料选自纳米碳粉、或者树脂、或者二者的结合。
11.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，设置在所述基底上的电磁损耗谐振环结构包括多个，且多个所述电磁损耗谐振环结构在所述基底上以周期性阵列的方式进行排布。
12.根据权利要求11所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述基底划分有多个单元格，每个单元格上放置一个所述电磁损耗谐振环结构。
13.根据权利要求12所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述单元格呈方形，且所述单元格的长度和宽度的尺寸范围均为320μm～480μm。
14.根据权利要求2所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述柔性基底包括聚酰亚胺薄膜PI膜。
15.根据权利要求2所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述柔性基底为低介电常数的基底。
16.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述基底的介电常数的取值范围为2.8～4.2，所述基底的损耗角正切的取值范围为0.0048～0.0072，所述基底的厚度的取值范围为60μm～90μm。
17.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述基底的介电常数的取值范围为3.44～5.16，所述基底的损耗角正切的取值范围为0.0032～0.0048，所述基底的厚度的取值范围为32μm～48μm。
18.根据权利要求11所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述太赫兹超材料的对太赫兹波段的电磁调制功能的影响因素包括以下至少之一：
所述电磁损耗谐振环结构的尺寸；
所述电磁损耗谐振环结构的方阻；
多个所述电磁损耗谐振环结构在所述基底上的周期排布方式。
19.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述电磁损耗谐振环结构包括相互平行且对称的两条侧边以及连接所述两条侧边的底边。
20.根据权利要求1所述的太赫兹超材料，其特征在于，所述侧边的长度的取值范围为180μm～220μm，所述侧边的宽度的取值范围为40μm～60μm，所述两条侧边相距为180μm～220μm，所述底边的长的取值范围为240μm～360μm。
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