基于太赫兹超材料的多功能可调谐吸收器和极化转换器.pdf

基于太赫兹超材料的多功能可调谐吸收器和极化转

换器

摘要

太赫兹波具有高穿透性和非电离性等优点，在安全检查和无线通信等领域

具有广泛的应用。但是大多数天然材料对太赫兹波的电磁响应都极其微弱，难

以对其实现有效调控。近年来，由于超材料具有很多超常物理特性，为该问题

提供了全新的解决方案。然而，作为太赫兹领域的一个重要分支，传统超材料

吸收和极化转换器通常功能单一或功能可切换却不可调谐，不利于实际应用。

为促进太赫兹器件的发展，多功能可切换和多参数可调谐的结构已成为重要研

究内容。本文提出三模式可切换和幅值可调的吸收器，反射/透射动态切换和多

种参数可调的宽带极化转换器。最后将吸收与极化转换集成在一个结构中，实

现吸收/极化转换的切换和幅值的调谐。主要研究内容如下：

1.提出了一种由两个同心双开口谐振环组成的多参数可调谐太赫兹超材料

吸收器，半导体硅和锗被引入填补开口。通过无激光激励、1500nm激光激发锗

以及800nm激光激发硅和锗，使得三种吸收模式下的谐振频率发生动态切换。

通过器件旋转调节入射太赫兹波的偏振角，可以实现吸收幅度的调节。

2.设计了一种反射/透射切换和多参数可调的极化转换结构。当石墨烯处于

金属或绝缘相时，实现反射和透射极化的切换。通过控制二氧化钒的电导率，

分别实现反射极化强度和透射极化带宽的调制；当二氧化钒处于绝缘相时，调

节石墨烯的费米能级，实现透射极化的强度调制；当二氧化钒处于金属相时，

调节石墨烯的费米能级，实现宽带与窄带极化之间的切换；最后，通过同时操

纵石墨烯和二氧化钒，在保持带宽不变时实现透射极化的中心调制。

3.提出了一种宽带吸收/极化转换动态切换的太赫兹超材料双功能器件，二

氧化钒形成顶部谐振图案，光敏硅层铺进结构层中。通过改变二氧化钒的电导

率，可以实现宽带吸收与宽带极化转换之间的动态切换。另外，通过泵浦激光

控制光敏硅的电导率，可以实现宽带吸收和极化这两种功能振幅的动态调制。

关键词太赫兹；超材料；多功能；吸收器；极化转换器

-I-

Multifunctionaltunableabsorberandpolarization

converterbasedonterahertzmetamaterials

Abstract

Terahertzwaveshavetheadvantagesofhighpenetration,highbandwidthand

non-ionization,andhaveawiderangeofapplicationsinfieldssuchassecurity

inspection,radardetectionandwirelesscommunication.However,mostnatural

materialshaveweakmagneticresponsetoterahertzwaves,itishardtocontrolthem

effectively.Inrecentyears,metamaterialsprovideanewsolutiontothisproblem

becauseoftheirmanyextraordinaryphysicalproperties.However,asanimportant

branchoftheterahertzfield,traditionalmetamaterialabsorbersandpolarization

convertersusuallyhavesinglefunctionorcanbeswitchedbutnottunable,whichis

notconducivetopracticalapplications.Inordertopromotethedevelopmentof

terahertz