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专利号: 2024100166689
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于二氧化钒和光导硅的动态可调太赫兹吸波器,其特征在于:设计超构表面单元结构,所述结构包括五层:顶层至底层依次为光导硅图案层、上层二氧化硅介质层、二氧化钒调控层、下层二氧化硅介质层和金属底板;所述单元结构在o‑xyz坐标轴中沿x和y方向进行周期性排布形成超表面微结构,o为坐标原点;所述的光导硅图案层为方环内嵌十字和两个四分之一圆环组成的单层光导硅结构;

所述的太赫兹吸波器的吸收率的获得方法为:

2 2

A(ω)=1‑R(ω)‑T(ω)=1‑|S11|‑|S21|

其中,R(ω)为反射率,T(ω)为透射率,S11为反射系数,S21为透射系数;反射率R(ω)的获得方法表示如下:其中, μ和ε分别表示超构表面的磁导率和介电常数,μ0和ε0分别表示自由空间的磁导率和介电常数, 表示反射系数的相对误差,当Z1=Z0时,超构表面结构的阻抗与自由空间的阻抗相匹配,这时反射率R(ω)和透射率T(ω)可分别表示为:式中,i为虚数单位,n为均匀材料的折射率,k为入射波的波矢,m为介质层的厚度, 表示透射系数的相对误差。

2.根据权利要求1所述的基于二氧化钒和光导硅的动态可调太赫兹吸波器,其特征在于:所述的上层二氧化硅介质层厚度为d1,二氧化钒调控层厚度为h,下层二氧化硅介质层厚度为d2和金属底板厚度为t2,具有相同的长宽,但d1、h、d2、t2分别不同。

3.根据权利要求2所述的基于二氧化钒和光导硅的动态可调太赫兹吸波器,其特征在于:所述的光导硅图案层结构可通过改变电导率从而改变光导硅的状态,其电导率可随光泵浦发生改变,随着光泵浦中心波长为800nm时,光导硅将从高阻绝缘态变为低阻金属态。

4.根据权利要求3所述的基于二氧化钒和光导硅的动态可调太赫兹吸波器,其特征在于:所述光导硅的电导率随着光泵浦的变化而变化,当光泵浦中心波长为800nm时,光导硅5

电导率σPSi为1.5×10S/m,相对介电常数为11.7;当无光泵浦时,光导硅电导率为10S/m。

5.根据权利要求4所述的基于二氧化钒和光导硅的动态可调太赫兹吸波器,其特征在于:所述的二氧化钒调控层可通过改变电导率实现由绝缘态到金属态的可逆转变,其电导率 可随外界温度发生改变,温度低于68℃,呈绝缘态,其电导率为10S/m;温度大于或等5

于68℃,呈金属态,其电导率为2×10S/m。

6.根据权利要求5所述的基于二氧化钒和光导硅的动态可调太赫兹吸波器,其特征在于:所述二氧化钒在太赫兹波段的介电常数 的模型表示如下:其中,V为二氧化钒金属态晶体与二氧化钒的体积比值,在绝缘态下V约为0,V随温度的升高而增大,V为0.95,J为金属相二氧化钒的体积因子,该体积因子会随着外界温度变化而发生变化,a表示绝缘态,b表示金属态,VO2表示二氧化钒, 表示二氧化钒的介电常数,εa表示二氧化钒绝缘态的相对介电常数,εb表示二氧化钒金属态的相对介电常数,在太赫兹频率下介电混合行为并不依赖于频率,并且它不受εa和εb的显著影响,二氧化钒的介电常数为恒定值, J的获得方法表示如下:J随T变化这一过程遵循玻尔兹曼函数,T为外界环境温度,T0为相变温度,相变温度可以通过掺杂进行调控,但对模拟结果没有影响,这里按照无掺杂的情况进行研究,设置T0=68℃,另外在二氧化钒的相变过程中,升温过程与降温过程并不完全同步,其间存在一个迟滞过程,式中通过△T进行体现,△T=2℃。

7.根据权利要求6所述的基于二氧化钒和光导硅的动态可调太赫兹吸波器,其特征在于,所述吸波器的吸波机理可由阻抗匹配来说明,吸波器的相对阻抗Zr表示如下:Re(Zr)表示相对阻抗的实部,Im(Zr)表示相对阻抗的虚部,当Re(Zr)=1,Im(Zr)=0时,吸波器的相对阻抗与自由空间中的阻抗完美匹配,进而实现完美吸收。