本發(fā)明涉及太赫茲波隔離器，尤其涉及一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器及控制方法。

背景技術(shù)：

1、太赫茲波(terahertz,thz)是指電磁頻率范圍在0.1thz-10thz范圍內(nèi)的一段電磁波，太赫茲波在電磁波波譜中的位置介于微波與紅外波段之間，其波長位于電子學(xué)與光學(xué)之間，使得太赫茲波具有微波和紅外波段的一些特性，相比于微波和紅外光波，太赫茲波具有非電離、寬帶、對(duì)非極性材料吸收小等特點(diǎn)。太赫茲頻率通常被稱為“thz?gap”，這是因?yàn)樗粖A在微波和紅外電磁能量之間，許多障礙和困難使科學(xué)家和工程師無法探索這一光譜規(guī)律。目前，太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)、材料識(shí)別、光譜學(xué)和成像等領(lǐng)域都有廣泛的研究，研究太赫茲波譜具有十分重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。太赫茲功能器件對(duì)于這些太赫茲應(yīng)用至關(guān)重要。其中太赫茲隔離器只允許正向電磁波通過，禁止反向電磁波通過。該器件表現(xiàn)出非互易性的單向?qū)ㄆ骷梢灶惐入妼W(xué)的二極管，是未來太赫茲系統(tǒng)的基本單元器件之一，在太赫茲源的保護(hù)、消除多路徑干涉以及抑制多余太赫茲信號(hào)等方面具有重要價(jià)值，對(duì)于各種太赫茲系統(tǒng)的搭建與實(shí)現(xiàn)都極具重要性。傳統(tǒng)的太赫茲隔離器依賴太赫茲磁光效應(yīng)，法拉第旋光效應(yīng)等方案。但無論是磁光材料還是用來產(chǎn)生磁場的磁鐵均無法與當(dāng)前的半導(dǎo)體大規(guī)模集成工藝兼容，多數(shù)太赫茲隔離器存在結(jié)構(gòu)笨重和偏置磁場強(qiáng)等缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)太赫茲系統(tǒng)的集成，開發(fā)免磁太赫茲隔離器件具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)難以集成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不足，提供一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，該免磁太赫茲隔離器由若干缺陷光柵超表面單元結(jié)構(gòu)周期排布拼接而成；所述缺陷光柵超表面單元結(jié)構(gòu)包括襯底和基光柵，所述基光柵由光柵底層以及平行布置于光柵底層上的第一光柵和第二光柵組成，且第二光柵上靠近第一光柵側(cè)的頂角處通長設(shè)有缺陷，第一光柵的橫截面形狀為矩形，第二光柵的橫截面形狀為直角臺(tái)階形；第一光柵的寬度與第二光柵的最大寬度相同，第一光柵的厚度與第二光柵的最大厚度相同；該免磁太赫茲隔離器以襯底與空氣的接觸面為第一端口，以基光柵與空氣的接觸面為第二端口。

4、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述襯底的厚度為40μm～70μm。

5、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述基光柵的厚度為20μm～60μm，光柵底層厚度為5μm～20μm；第一光柵和第二光柵的間距為10μm～30μm；第一光柵的寬度與第二光柵的最大寬度均為30μm～50μm；第二光柵上的缺陷深度為25μm～38μm，缺陷寬度為10μm～25μm。

6、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述缺陷光柵超表面單元結(jié)構(gòu)的周期為200μm～300μm。

7、作為上述第一方面的優(yōu)選，相鄰缺陷光柵超表面單元結(jié)構(gòu)之間的第一光柵和第二光柵間距為10μm～30μm。

8、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述襯底的材質(zhì)采用二氧化硅。

9、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述基光柵的材質(zhì)采用硅，硅的非線性折射率n2＝1.12×10-12cm2/w。

10、第二方面，本發(fā)明提供了一種如上述第一方面任一項(xiàng)方案所述免磁太赫茲隔離器的控制方法，其包含線性條件和非線性條件兩種控制模式；

11、在線性條件下，從第一端口到第二端口以及從第二端口到第一端口均可實(shí)現(xiàn)太赫茲波傳輸，由此該免磁太赫茲隔離器結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)非互易傳輸；

12、在非線性條件下，通過調(diào)節(jié)入射光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)從第一端口到第二端口可傳輸太赫茲波，從第二端口到第一端口無法傳輸太赫茲波，由此該免磁太赫茲隔離器結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)非互易傳輸，達(dá)到太赫茲波隔離目的。

13、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的有益效果如下：

14、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，其利用材料的非線性與超表面結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性相結(jié)合，通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)節(jié)非互易強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的非互易傳輸調(diào)控。本發(fā)明設(shè)計(jì)的免磁太赫茲隔離器件結(jié)構(gòu)簡單，操作功率低，無需外加外部磁場偏置，可用于未來太赫茲集成系統(tǒng)中。

技術(shù)特征：

1.一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，其特征在于，由若干缺陷光柵超表面單元結(jié)構(gòu)周期排布拼接而成；所述缺陷光柵超表面單元結(jié)構(gòu)包括襯底(3)和基光柵，所述基光柵由光柵底層(4)以及平行布置于光柵底層(4)上的第一光柵(5)和第二光柵(6)組成，且第二光柵(6)上靠近第一光柵(5)側(cè)的頂角處通長設(shè)有缺陷(7)，第一光柵(5)的橫截面形狀為矩形，第二光柵(6)的橫截面形狀為直角臺(tái)階形；第一光柵(5)的寬度與第二光柵(6)的最大寬度相同，第一光柵(5)的厚度與第二光柵(6)的最大厚度相同；該免磁太赫茲隔離器以襯底(3)與空氣的接觸面為第一端口(1)，以基光柵與空氣的接觸面為第二端口(2)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，其特征在于，所述襯底(3)的厚度為40μm～70μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，其特征在于，所述基光柵的厚度為20μm～60μm，光柵底層(4)厚度為5μm～20μm；第一光柵(5)和第二光柵(6)的間距為10μm～30μm；第一光柵(5)的寬度與第二光柵(6)的最大寬度均為30μm～50μm；第二光柵(6)上的缺陷(7)深度為25μm～38μm，缺陷(7)寬度為10μm～25μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，其特征在于，所述缺陷光柵超表面單元結(jié)構(gòu)的周期為200μm～300μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，其特征在于，相鄰缺陷光柵超表面單元結(jié)構(gòu)之間的第一光柵(5)和第二光柵(6)間距為10μm～30μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，其特征在于，所述襯底(3)的材質(zhì)采用二氧化硅。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器，其特征在于，所述基光柵的材質(zhì)采用硅，硅的非線性折射率n2＝1.12×10-12cm2/w。

8.一種如權(quán)利要求1所述免磁太赫茲隔離器的控制方法，其特征在于，包含線性條件和非線性條件兩種控制模式；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種缺陷光柵超表面的免磁太赫茲隔離器及控制方法，屬于太赫茲器件領(lǐng)域。該太赫茲隔離器由若干單元結(jié)構(gòu)周期拼接而成，該單元結(jié)構(gòu)包括二氧化硅襯底和含缺陷光柵的硅超表面。本發(fā)明利用材料的非線性與超表面結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性相結(jié)合，通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)節(jié)非互易強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的非互易傳輸調(diào)控。本發(fā)明設(shè)計(jì)的免磁太赫茲隔離器件結(jié)構(gòu)簡單，操作功率低，無需外加外部磁場偏置，可用于未來太赫茲集成系統(tǒng)中。

技術(shù)研發(fā)人員：李九生,劉亞麗,郭風(fēng)雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國計(jì)量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5