基于熱驅(qū)動(dòng)的雙頻帶連續(xù)可調(diào)的太赫茲波超材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種微納加工工藝結(jié)合微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的器件，具體是一種基于 熱驅(qū)動(dòng)的雙頻帶連續(xù)可調(diào)的太赫茲波超材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過對自然材料的剪裁、加工和設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對電子、光子W及其他一些元激發(fā) 準(zhǔn)粒子的人為控制，一直是光電科學(xué)研究的重點(diǎn)。
[0003]超材料，也被稱為特異性材料，是一種人工設(shè)計(jì)加工的復(fù)合材料，該材料具有負(fù)折 射率、負(fù)磁導(dǎo)率、負(fù)介電常數(shù)等超越常規(guī)材料的奇特物理性質(zhì)，因可應(yīng)用于功能器件的開 發(fā)，如納米波導(dǎo)、表面等離子體光子巧片、濾波器、禪合器，調(diào)制器和開關(guān)，超衍射極限高分 辨成像、納米光刻蝕術(shù)、生物傳感器、探測器的應(yīng)用及軍用隱身材料等。
[0004] 太赫茲（THz)福射的頻率為0. 1-lOTHz，在電磁波譜中位于微波和紅外之間，處于 電子學(xué)到光子學(xué)的過度區(qū)域。有限的太赫茲源和探測器的缺乏導(dǎo)致了太赫茲技術(shù)的研究相 對于其他波段要落后得多，曾被稱為太赫茲空隙訂化Gap)。目前太赫茲波段的功能器件相 對較少，限制了太赫茲技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。超材料能夠?qū)μ掌澆ǘ蔚恼穹⑾辔?、偏振W 及傳播實(shí)現(xiàn)靈活多樣的控制，從而提供了一種實(shí)現(xiàn)太赫茲功能器件的有效途徑。另一方面， 太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)能夠同時(shí)探測電場的振幅和相位，能夠更加全面地測量超材料的電磁 響應(yīng)特性，因此，太赫茲技術(shù)和材料的發(fā)展是相鋪相成的。
[0005] 同時(shí)微納加工技術(shù)的發(fā)展為超材料的制備提供了便利，也進(jìn)一步促進(jìn)了超材料的 發(fā)展，可W加深對超材料電磁響應(yīng)特性的理解。微納加工技術(shù)主要是指在很小或很薄的工 件上進(jìn)行小孔、微孔、微槽、微復(fù)雜表面的加工。太赫茲波段超材料的加工方法主要有光刻 技術(shù)、模板沉積技術(shù)、打印方法和光纖拉絲方法等。MEMS也被稱為微機(jī)械或微系統(tǒng)。MEMS 加工技術(shù)不僅包含表面加工技術(shù)，還包含體加工技術(shù)，如娃基底的刻蝕。與其他可調(diào)超材料 不同，MEMS的引入可W實(shí)現(xiàn)超材料結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)控制。所W，結(jié)合MEMS方法可W使超材料的 共振響應(yīng)隨著禪合的改變發(fā)生變化，是研究超材料單元結(jié)構(gòu)之間和單元結(jié)構(gòu)內(nèi)部禪合的重 要方法，也是目前的研究熱點(diǎn)之一。
[0006] 此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工工藝簡單，且通過環(huán)境溫度的控制可W同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙頻帶和共振 頻率連續(xù)調(diào)諧。其基本原理是熱調(diào)諧，即熱膨脹系數(shù)不同的電介質(zhì)和金屬組成的懸臂梁通 過環(huán)境溫度控制懸臂梁與娃襯底的相對旋轉(zhuǎn)角度來實(shí)現(xiàn)對電磁響應(yīng)的共振頻率的連續(xù)調(diào) 諧。此外，該結(jié)構(gòu)單元對稱使得對垂直入射電磁波的不同偏振方向響應(yīng)一致。因此，該結(jié)構(gòu) 可用于實(shí)現(xiàn)功能性器件，如濾波器、禪合器、開關(guān)和傳感器等。目前，寬頻、多頻帶、調(diào)幅等多 種性能集中的超材料結(jié)構(gòu)是當(dāng)前超材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)與挑戰(zhàn)。
[0007] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Govind Dayal and S Anantha Ramakrishna在 《JOURNAL OF OPTICS》7, 055106 (2013)中撰文"Design of multi-band metamaterial perfect 油sorbers with stacked metal-dielectric disks"("金屬一介質(zhì)磁盤形成的多 頻帶完美吸收器"《光學(xué)學(xué)報(bào)》）。該文中提出實(shí)現(xiàn)多頻帶的方法是將"S層結(jié)構(gòu)"（介質(zhì)一 金屬一介質(zhì)）疊加一起可w形成多頻帶的超材料吸收器。但是，需要改變不同介質(zhì)層才能 得到不同的頻率范圍的頻帶，并不能進(jìn)行共振頻率的連續(xù)調(diào)諧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對現(xiàn)有性能存在的上述不足，提供一種微納加工工藝結(jié)合微機(jī)電技術(shù)的 基于熱驅(qū)動(dòng)的雙頻帶連續(xù)可調(diào)的太赫茲波超材料，通過溫度的控制可W同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙頻帶和 共振頻率連續(xù)調(diào)諧，制作性能更優(yōu)的超材料器件。
[0009] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：娃襯底和設(shè)于娃襯底上的四個(gè) "T"形懸臂梁，其特征在于：四個(gè)"T"形懸臂梁的末端W相互垂直的方式共同固定在襯底 上，其余部分與娃襯底分離；所述懸臂梁由下層電介質(zhì)層和上層金屬層組成，電介質(zhì)層和金 屬層熱膨脹系數(shù)不同。
[0010] 本發(fā)明中，所述太赫茲波超材料利用熱膨脹系數(shù)不同的電介質(zhì)層和金屬層組成的 懸臂梁，通過溫度控制懸臂梁與娃襯底的相對角度來實(shí)現(xiàn)對電磁響應(yīng)的共振頻率的連續(xù)調(diào) 諧。
[0011] 本發(fā)明中，所述太赫茲波超材料經(jīng)過加熱，隨著溫度的上升，金屬層的熱膨脹系數(shù) 比電介質(zhì)層的大，則金屬層的形變比電介質(zhì)層的大，同時(shí)懸臂梁一端固定，則懸臂梁未固定 端逐漸往下翅，即懸臂梁與娃襯底的夾角逐漸減小到零即"關(guān)"狀態(tài)；當(dāng)溫度恢復(fù)到室溫時(shí)， 懸臂梁回到初始翅起來的狀態(tài)即"開"狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)懸臂梁在"開"狀態(tài)和"關(guān)"狀態(tài)之間相互 切換。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0013] 本發(fā)明利用熱膨脹系數(shù)不同的電介質(zhì)和金屬組成的懸臂梁，通過溫度控制懸臂梁 與娃襯底的相對角度來實(shí)現(xiàn)對電磁響應(yīng)的共振頻率的連續(xù)調(diào)諧。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工工 藝簡單，使太赫茲波段超材料的入射電磁波在太赫茲波段傳輸具有兩個(gè)可連續(xù)調(diào)諧的雙頻 帶，從而設(shè)計(jì)出了一種性能新穎的太赫茲波段超材料。
【附圖說明】
[0014] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：
[0015] 圖1為本發(fā)明的S維整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明"T"形懸臂梁釋放后翅起來的"開"狀態(tài)；
[0019] 圖5為本發(fā)明"T"形懸臂在熱驅(qū)動(dòng)的作用下往下翅的"關(guān)"狀態(tài)；
[0020] 圖6為本發(fā)明的仿真太赫茲傳輸曲線圖；
[0021] 圖7為本發(fā)明弧形邊緣為直線形邊緣的仿真太赫茲傳輸曲線圖。
[0022] 圖中；娃襯底1、"T"形懸臂梁2、固定端3、金屬層4、電介質(zhì)層5。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在W本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例包括；娃襯底1、"T"形懸臂梁2、固定端3,其中；四個(gè)"T"形 懸臂梁2設(shè)于娃襯底1上，且其末端W相互垂直的方式共同固定在襯底上，即固定端3處。 除固定端部分與娃襯底1相連接，其余部分經(jīng)釋放后與娃襯底1分離。
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