CN210866494U - 一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，自上而下依次包括顶层的多环形金属谐振单元、中间层的介质板和底层的金属反射板；所述多环形金属谐振单元由外部的双环形结构及其内部的X形结构组成，所述双环形结构由两个呈同心圆的开缝圆环组成，所述X形结构由两个呈中心对称的半圆环相切而成。该反射型线‑线极化转换器的工作频带为0.77～1.39THz，相对带宽为57.40％。同时，在频带0.82～1.07THz内，极化转换率大于99％。本实用新型具有结构简单、极化转换性能好、工作频带宽、易于加工等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种极化转换器，具体的说是一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，属于太赫兹波段器件技术领域。
背景技术
超表面是一种周期性排列的人工设计的材料，可通过材料的有效介电常数和磁导率来描述。超材料极化转换器将来的发展方向是克服存在的各种问题，与诸如通信器件、电机电器等设备结合起来，设计出小型化、多功能化、低成本并能大面积生产的超材料极化转换器，满足实际应用方面的多样化需求。超材料极化转换器在偏振片、探测器、隐身、表面热发射器等很多方面有重要应用，尤其在太赫兹探测的应用，将对经济和环境带来双重收获。
太赫兹是波是指频率在0.1到10THz范围内的电磁波，是连接宏观电子学与微观光子学的桥梁。太赫兹技术广泛应用于各行各业的重要检测和探测，例如生物医学成像、公共安全检查、材料无损检测、全球环境监测、药品成分分析、国防军事探测和信息通信技术等。极化变换器作为一种重要器件，在微波***中具有重要应用。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，通过顶层的多种谐振单元共同作用，在0.77～1.39 THz内实现了超宽带线-线极化转换，其相对带宽为57.40％。同时，在频带 0.82～1.07THz内，极化转换率大于99％。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型提出的一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，自上而下依次包括顶层的多环形金属谐振单元、中间层的介质板和底层的金属反射板；所述多环形金属谐振单元由外部的双环形结构及其内部的X形结构组成，所述双环形结构由两个呈同心圆的开缝圆环组成，所述X形结构由两个呈中心对称的半圆环相切而成。该反射型线-线极化转换器的工作频带为0.77～1.39THz，相对带宽为57.40％。同时，在频带0.82～1.07THz内，极化转换率大于99％。
进一步的，所述开缝圆环由一个外半径r1＝38μm、内半径r2＝30μm的第一开缝圆环和一个外半径r3＝26μm、内半径r4＝20μm的第二开缝圆环构成。
进一步的，两个开缝圆环的开缝均在135°斜对角线上，缝宽均为w＝20μm。
进一步的，所述中心对称的半圆环由两个外半径r5＝12μm，内半径r6＝6μm的半圆环相切而成。
进一步的，所述中间层的介质板材料为无损SiO2(silicon dioxide)，介电常数4，介质基板边长p＝100μm，厚度t＝30μm，设置在底层金属反射板上。
进一步的，所述顶层的多环形金属谐振单元和底层的金属反射板材料均为金，厚度为h＝0.2μm。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本实用新型是一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，通过顶层的多种谐振单元共同作用，在0.77～1.39THz内实现了超宽带线-线极化转换，其相对带宽为57.40％。同时，在频带0.82～1.07THz内，极化转换率大于99％。
(2)本实用是一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，本实用新型具有结构简单、极化转换性能好、工作频带宽、易于加工等特点。
附图说明
图1为本实用新型的单元结构正视图。
图2为本实用新型的侧视图。
图3为本实用新型的立体图。
图4为本实用新型的结构单元周期性阵列图(3×3)。
图5为本实用新型在uov模式的相位振幅值。
图6为本实用新型在uov模式的反射相位差曲线。
图7为本实用新型在xoy模式的反射系数曲线。
图8为本实用新型在xoy模式的极化转换率曲线。
附图标记解释：1—内部的中心对称半圆环，2—外部的缺口双环，3—介质板， 4—金属反射板
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的阐述：
本实用新型一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，其结构包括自上而下层叠的顶层的多环形金属谐振单元(包括内部的中心对称半圆环1及外部的缺口双环2)，中间层的介质板3和底层的金属反射板4。该模型的正视图、侧视图与立体图分别如图1、2、3所示。一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器由单元结构周期性排列而成，其3×3阵列图如图4所示。
本实用新型种双环王字型低频线-线极化转换器的产生方法，当电场沿x轴入射的线极化波垂直入射时，反射型线-线极化转换由顶层的中心对称半圆环1及外部的缺口双环2共同工作产生。
该反射型线-线极化转化器介质板材料为无损SiO2(Silicon Dioxide)，介电常数4。
该反射型线-线极化转化器详细参数如表1所示。
| 参数 | r<sub>1</sub> | r<sub>2</sub> | r<sub>3</sub> | r<sub>4</sub> |
| 值(μm) | 38 | 30 | 26 | 20 |
| 参数 | w | r<sub>5</sub> | r<sub>6</sub> | p |
| 值(μm) | 20 | 12 | 6 | 100 |
| 参数 | t | h | ||
| 值(μm) | 30 | 0.2 |
表1
如图5所示，是该反射型线-线极化转化器在uov模式的相位振幅值。为了更加方便地解释极化转换器的工作原理，我们将xoy坐标系顺时针旋转45度，得到uov 坐标系(如图1左下角所示)。相应地，我们将反射系数定义为ruu和rvv，
是对应的反射相位。此外，相位差可以通过
来计算。为了获得交叉极化波，必须满足ruu≈rvv。图5中，在极化转换的工作频段即0.77～1.39THz内，两个幅值基本相等。
如图6所示，是该反射型线-线极化转化器在uov模式的反射相位差曲线。为了实现完全垂直偏振旋转，必须确保相位差
图6中，在极化转换的工作频段即0.77～1.39THz内，相位差在±180°上下徘徊，基本实现从线极化波到交叉极化波的转换。
如图7所示，是该反射型线-线极化转化器在xoy模式的反射系数曲线。如图8 所示，是该反射型线-线极化转化器在xoy模式的极化转换率曲线。线偏振波的线极化反射系数和交叉极化反射系数分别定义为rxx和ryx，其中下标x和y代表电磁波的偏振方向。我们定义极化转换率PCR＝ryx 2/(rxx 2+ryx 2)。图7中有三个最小值点，分别在0.85、1.02和1.34THz。在这三个谐振点上，rxx接近0，而ryx达到最大值，这意味着x方向的入射波几乎完全转换成y方向的极化波。图8中，PCR在工作频段 0.77～1.39THz内大于0.9。同时，在频带0.82～1.07THz内，极化转换率大于99％，基本实现从线极化波到交叉极化波的转换。
在经过特定设计后，本实用新型能在0.77～1.39THz实现超宽带线-线极化转换。本实用新型具有结构简单、极化转换性能好、工作频带宽、易于加工等特点。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，其特征在于：自上而下依次包括顶层的多环形金属谐振单元、中间层的介质板和底层的金属反射板；
所述多环形金属谐振单元由外部的双环形结构及其内部的X形结构组成，所述双环形结构由两个呈同心圆的开缝圆环组成，所述X形结构由两个呈中心对称的半圆环相切而成。
2.根据权利要求1所述的基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，其特征在于：所述开缝圆环由一个外半径r1＝38μm、内半径r2＝30μm的第一开缝圆环和一个外半径r3＝26μm、内半径r4＝20μm的第二开缝圆环构成。
3.根据权利要求2所述的基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，其特征在于：两个开缝圆环的开缝均在135°斜对角线上，缝宽均为w＝20μm。
4.根据权利要求1所述的基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，其特征在于：所述中心对称的半圆环由两个外半径r5＝12μm，内半径r6＝6μm的半圆环相切而成。
5.根据权利要求1所述的基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，其特征在于：所述中间层的介质板材料为SiO2，介电常数4，介质基板边长p＝100μm，厚度t＝30μm，设置在底层金属反射板上。
6.根据权利要求1所述的基于太赫兹超表面的多环型极化转换器，其特征在于，所述顶层的多环形金属谐振单元和底层的金属反射板材料均为金，厚度为h＝0.2μm。
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| CN201921889713.2U CN210866494U (zh) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | 一种基于太赫兹超表面的多环型极化转换器 |
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| CN (1) | CN210866494U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115621743A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-01-17 | 中南大学 | 一种双频滤波型线极化转换器 |
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2019
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