技术领域

[0001] 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

[0002] 太赫兹波段 （Terahertz , THz ) ， 是指频率位于 0. ITHz-lOTHz范围内的电磁波 ， 其波长覆盖 3mm-30 w m， 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。

技术问题

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 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。

[0007] 本发明的技术方案是这样实现的：

[0008] 根据本发明的一个方面， 提供了一种太赫兹超材料。

[0009] 该太赫兹超材料包括： [0010] 基底；

[0011] 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。

[0012] 其中， 该基底包括柔性基底。

[0013] 此外， 该太赫兹超材料进一步包括：

[0014] 覆盖在基底上的电磁损耗薄膜。

[0015] 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。

[0016] 可选的， 电磁损耗谐振环结构为具有开口的谐振环结构 。

[0017] 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。

[0018] 可选的， 电磁损耗谐振环结构为具有闭合的谐振环结构 。

[0019] 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。

[0020] 优选的， 电磁损耗谐振环结构的方阻为 200欧姆每方。

[0021] 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

[0022] 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。

[0023] 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。

[0024] 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 320 μ πΓ480 μ

Πΐ ο

[0025] 优选的， 柔性基底包括聚酰亚胺薄膜 （ΡΙ ) 膜。

[0026] 优选的， 柔性基底为低介电常数的基底。

[0027] 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、. 0072， 基底的厚度的取值范围为 60 μ πΓ90 μ m。

[0028] 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、. 0048， 基底的厚度的取值范围为 32 μ πΓ48 μ m。

[0029] 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： [0030] 电磁损耗谐振环结构的尺寸；

[0031] 电磁损耗谐振环结构的方阻；

[0032] 多个电磁损耗谐振环结构在基底上的周期排布 方式。

[0033] 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。

[0034] 优选的， 侧边的长度的取值范围为 180 μ πΓ220 μ πι， 侧边的宽度的取值范围为 4 0 μ πΓ60 μ m， 两条侧边相距的取值范围为 180 μ πΓ220 μ m， 底边的长的取值范围 为 240 μ π 360 μ ΐϋ。

发明的有益效果

有益效果

[0035] 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。

对附图的简要说明

附图说明

[0036] 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。

[0037] 图 1是根据本发明实施例的太赫兹超材料的侧面� �；

[0038] 图 2是根据图 1所示的太赫兹超材料的俯视图。

发明实施例

本发明的实施方式

[0039] 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。

[0040] 根据本发明的实施例， 提供了一种太赫兹超材料。

[0041] 如图 1所示， 根据本发明实施例的太赫兹超材料包括：

[0042] 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。

[0043] 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 1 2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。

[0044] 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. 1ΤΗζ〜10ΤΗζ ) 的电 磁损耗的频率和幅度。

[0045] 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。

[0046] 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。

[0047] 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 180 μ πΓ220 μ πι， 侧边的宽度的 取值范围为 40 μ πΓ60 μ m、 两条侧边相距的取值范围为 180 μ πΓ220 μ m， 底边的 长度的取值范围为 240 μ πΓ360 μ πι， 其中， 在一个优选的实施例中， 侧边长度和 宽度分别为 200 μ ΐΉ、 50 μ ΐΉ， 两条侧边相距为 200 μ ΐΉ， 该底边长度为 300 μ ΐΉ。

[0048] 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=18 y m。

[0049] 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。

[0050] 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。

[0051] 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。

[0052] 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。

[0053] 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。

[0054] 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。

[0055] 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 320 μ πΓ480 μ πι， 在本实施例中， 柔性基底 11的优选长度 Lx=400 y m， 优选宽度 Ly=400 w m， 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。

[0056] 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；

[0057] 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、. 0072， 柔性基底的 厚度的取值范围为 60 μ πΓ90 μ πι ， 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 75 μ πι _;

[0058] 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、. 0048， 柔性基底的厚度的取值范围 为 32 μ πΓ48 μ πι， 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 40 μ πι。

[0059] 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。

[0060] 另外， 对于本发明的太赫兹超材料在太赫兹波段 （0. ΙΤΗζ 〜10- THz ) 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。

[0061] 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。