基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器及制备方法

本发明涉及无线通讯技术和光子晶体物理学，尤其涉及一种基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器及制备方法。

背景技术：

1、随着信息技术的迅猛发展，无线网络已成为现代社会不可或缺的基础设施。然而，随着人们对高速、大容量数据传输需求的日益增长，传统的无线通讯系统已经难以满足这些需求。尽管毫米波通信(30-300ghz)作为近年来的研究热点，在一定程度上提升了数据传输速率，但依旧面临着频谱资源紧张和系统容量限制的问题。因此，探索更高频段、更大容量的无线通讯技术成为了业界和学术界的重要研究方向。

2、在此背景下，太赫兹频段(0.1-10thz)因其频段宽、容量大、穿透力强等优点，被视为未来无线通讯技术的关键频段。太赫兹超高速无线网络作为一种新型的无线网络技术，具有支持高达数十gbps乃至1tbps的数据传输速率的潜力，为未来的高速、大容量数据传输提供了可能。

3、然而，要实现太赫兹频段的高效通信，需要对电磁波进行精确、灵活的调控。光子晶体作为一种能够有效操控电磁波的电磁器件，受到了广泛关注。其中，具有类狄拉克点的光子晶体尤为引人瞩目。类狄拉克点是光子晶体能带在布里渊区中心出现多重简并的一种特殊情况，这种情况大多出现在各向同性的光子晶体中，而当将各向同性光子晶体转变为各向异性光子晶体时，原本的类狄拉克点就会转变为半类狄拉克点。在二维系统中，类狄拉克点通常是由两个偶极子以及一个单极子在伽马点实现的三重简并，其可以展现出双零介质(即介电常数和磁导率都为零)的高透射属性。而半类狄拉克点是仅在某一方向上的一个单极子和一个偶极子的线性简并，其显著特性是可以实现对电磁波的各向异性传输，即在该方向展现出类狄拉克点的双零介质属性，而在垂直方向则为单零介质(即介电常数或磁导率为零)属性。利用半类狄拉克材料的各向异性传输特性，对于电磁波的调控具有重要意义。

4、然而，现有的电磁波控制技术仍存在诸多不足。对于光子晶体禁带的电磁波控制器而言，其调控手段主要局限于反射，缺乏对其他调控方式的探索。对于类狄拉克点的电磁波控制器，其调控能力则主要集中在透射方面，同样缺乏多样性。此外，现有二维模型的半类狄拉克点对电磁波的各向异性传输调控严重受限于偏振方向，且其调控范围局限于xy两个方向，未能实现全方位的电磁波调控。

5、因此，如何进一步拓展电磁波调控的手段，实现对太赫兹频段电磁波的高效、灵活调控，是当前无线通讯领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供了一种基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器及制备方法，用于解决现有技术中对于光子晶体禁带的电磁波控制器而言，其调控手段主要局限于反射，缺乏对其他调控方式的探索；对于类狄拉克点的电磁波控制器，其调控能力则主要集中在透射方面，同样缺乏多样性；现有二维模型的半类狄拉克点对电磁波的各向异性传输调控严重受限于偏振方向，且其调控范围局限于xy两个方向，未能实现全方位的电磁波调控等问题。

2、为了解决上述问题，本发明实施例提供一种基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器，该控制器包括多个呈阵列排列的三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元，所述控制器呈长方体，其中三维各向异性椭球光子晶体同时存在两个半类狄拉克点。

3、在本发明的一个实施例中，所述三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元由空气背景下的椭球介质以及椭球介质中心的金属球组成。

4、在本发明的一个实施例中，所述金属球采用金属材料，包括但不限于金、银、铜。

5、在本发明的一个实施例中，所述椭球介质采用材料包括但不限于复合陶瓷、低损耗树脂材料。

6、在本发明的一个实施例中，所述椭球介质的结构参数为：εs介于2.5-30，rsx介于0.2a-0.4a之间，rsy和rsz均介于0.2a-0.35a之间，其中εs表示椭球介质的介电常数，rsx，rsy和rsz分别表示沿着x轴，y轴和z轴方向椭球介质的介电常数，a表示光子晶体晶格常数。

7、在本发明的一个实施例中，所述金属球的半径rc的取值范围介于0.05a-0.15a之间，其中a表示光子晶体晶格常数。

8、在本发明的一个实施例中，所述光子晶体晶格常数a的取值范围在0.01mm-3mm，其中光子晶体晶格常数a表示三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元的边长。

9、本发明实施例还提供了一种基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器制备方法，该方法包括：

10、构造多个三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元，其中三维各向异性椭球光子晶体同时存在两个半类狄拉克点；

11、将多个三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元呈阵列排列，得到呈长方体的控制器。

12、在本发明的一个实施例中，所述三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元由空气背景下的椭球介质以及椭球介质中心的金属球组成，所述金属球采用金属材料，包括但不限于金、银、铜，所述椭球介质采用材料包括但不限于复合陶瓷、低损耗树脂材料。

13、在本发明的一个实施例中，所述椭球介质的结构参数为：εs介于2.5-30，rsx介于0.2a-0.4a之间，rsy和rsz均介于0.2a-0.35a之间，所述金属球的半径rc的取值范围介于0.05a-0.15a之间，其中a表示光子晶体晶格常数，光子晶体晶格常数a的取值范围在0.01mm-3mm，光子晶体晶格常数a表示所述三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元的边长，εs表示椭球介质的介电常数，rsx，rsy和rsz分别表示沿着x轴，y轴和z轴方向椭球介质的介电常数。

14、从以上技术方案可以看出，本发明申请具有以下有益效果：

15、本发明实施例提供一种基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器及制备方法，本发明设计的控制器可以在10thz频率下，实现对电磁波的各向异性传输。本发明通过改变核壳结构的椭球光子晶体的几何参数和电磁参数，可以调节中心工作频率，可以覆盖6g通讯工作频段。本发明通过旋转椭球光子晶体方向，可以调节电磁波各向异性传输的方向。本发明通过研究光子晶体的物理特性，探索了新的电磁波调控机制，为太赫兹超高速无线网络的发展提供有力的技术支持。

技术特征：

1.一种基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器，其特征在于，包括多个呈阵列排列的三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元，所述控制器呈长方体，其中三维各向异性椭球光子晶体同时存在两个半类狄拉克点。

2.根据权利要求1所述的基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器，其特征在于，所述三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元由空气背景下的椭球介质以及椭球介质中心的金属球组成。

3.根据权利要求2所述的基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器，其特征在于，所述金属球采用金属材料，包括但不限于金、银、铜。

4.根据权利要求2所述的基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器，其特征在于，所述椭球介质采用材料包括但不限于复合陶瓷、低损耗树脂材料。

5.根据权利要求2所述的基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器，其特征在于，所述椭球介质的结构参数为：εs介于2.5-30，rsx介于0.2a-0.4a之间，rsy和rsz均介于0.2a-0.35a之间，其中εs表示椭球介质的介电常数，rsx，rsy和rsz分别表示沿着x轴，y轴和z轴方向椭球介质的介电常数，a表示光子晶体晶格常数。

6.根据权利要求2所述的基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器，其特征在于，所述金属球的半径rc的取值范围介于0.05a-0.15a之间，其中a表示光子晶体晶格常数。

7.根据权利要求5或6所述的基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器，其特征在于，所述光子晶体晶格常数a的取值范围在0.01mm-3mm，其中光子晶体晶格常数a表示三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元的边长。

8.一种基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器制备方法，其特征在于，所述三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元由空气背景下的椭球介质以及椭球介质中心的金属球组成，所述金属球采用金属材料，包括但不限于金、银、铜，所述椭球介质采用材料包括但不限于复合陶瓷、低损耗树脂材料。

10.根据权利要求9所述的基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器制备方法，其特征在于，所述椭球介质的结构参数为：εs介于2.5-30，rsx介于0.2a-0.4a之间，rsy和rsz均介于0.2a-0.35a之间，所述金属球的半径rc的取值范围介于0.05a-0.15a之间，其中a表示光子晶体晶格常数，光子晶体晶格常数a的取值范围在0.01mm-3mm，光子晶体晶格常数a表示所述三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元的边长，εs表示椭球介质的介电常数，rsx，rsy和rsz分别表示沿着x轴，y轴和z轴方向椭球介质的介电常数。

技术总结本发明提供一种基于双半类狄拉克点的太赫兹电磁波控制器及制备方法，涉及无线通讯技术和光子晶体物理学技术领域，该控制器包括多个呈阵列排列的三维各向异性椭球光子晶体模型晶格单元，所述控制器呈长方体，其中三维各向异性椭球光子晶体同时存在两个半类狄拉克点。本发明设计的控制器可以在10THz频率下，实现了对电磁波的各向异性传输。本发明通过改变核壳结构的椭球光子晶体的几何参数和电磁参数，可以调节中心工作频率，可以覆盖6G通讯工作频段。本发明通过旋转椭球光子晶体方向，可以调节电磁波各向异性传输的方向本发明通过研究光子晶体的物理特性，探索了新的电磁波调控机制，为太赫兹超高速无线网络的发展提供有力的技术支持。技术研发人员：罗杰,李明岩,梅冉,颜栋阳,徐亚东,高雷受保护的技术使用者：苏州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27