基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗

本发明属于吉赫兹和太赫兹屏蔽及太赫兹波段通信领域，具体设计一种基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐器件。

背景技术：

1、无线通信深刻地影响着未来社会的发展。2019年，第五代(5g)通信标准化实现商用部署。第六代通信(6g)与5g通信相比，有望提高信息传输速率。它最近引起了极大的关注，预计到本世纪30年代将提供通信服务。毫无疑问，6g通信将大大提高用户的便利性。然而，引入6g技术并非没有风险，特别是在信息安全方面。在这些风险中，电磁干扰(emi)是一个关键性问题。高频吉赫兹和太赫兹由于其性质，容易受到干扰，导致信息泄露、传输中断、目标暴露等潜在问题。

2、这些问题危及5g和6g通信的安全性、可靠性和隐私性。因此，emi屏蔽材料为当前的5g和即将推出的6g设备提供了有前途的解决方案。此外，在6g设备中保持低传输损耗对于保证一致的信号质量至关重要。然而，目前的研究正在努力平衡低损耗传输和强大的电磁屏蔽。该领域的一个复杂挑战是在保持光学透过的同时实现吉赫兹和太赫兹屏蔽以及太赫兹波段开关功能。

3、目前，超材料与光和物质相互作用的独特特性为解决这一困境提供了一条有效的途径。然而，这些结构一旦制作后，通常保持固定的光学特性，限制了它们的应用场景。杂化超材料与某些性质可调的天然材料结合扩大了结构的功能范围。例如动态陷波滤波器、相位调制器、可调完美吸收器和双曲介质开关。这些调制的材料包括石墨烯，光敏半导体如硅和钙钛矿，以及相变物质如锑碲化锗(gst)和二氧化钒(vo2)。这些元件可以形成超材料的谐振层或介电层。

4、专利202011492297.x使用由铜构成的谐振单元以及相变材料层ge3sb2te6，通过使用热/电调节相变材料，使材料特性的介电常数发生显著变化，从而使透射峰蓝移，实现了可调谐。调节范围为0.4thz-0.7thz，该专利虽然满足的指定波段透过的功能，但是不具有良好的光学透过性，同时无法满足宽带屏蔽的需求，屏蔽带宽仅0.1thz。

5、专利202011492297.x使用由石墨烯层、硅层和vo2层构成的一维光子晶体，通过改变vo2的相态可以使得器件在太赫兹波段实现带通滤波和完美吸收两种波束调控功能的切换，而通过改变石墨烯的化学势还可以调谐带通滤波和完美吸收的工作频率。但是该专利不具备良好的光学透过性，同时太赫兹可调谐范围仅仅30％-60％，调节范围较低，也无法满足屏蔽需求。

6、专利202011498907.7选用高电导率金属以及n型高阻硅设计及制作了透射型硅基电可调太赫兹动态器件。但是该专利不具备良好的光学透过性，同时专利无法满足需求波段的频率透过功能。

7、专利202221191045.8提供了一种基于vo2的透射型可调太赫兹编码器，该新型结构通过调制谐振环两端的vo2的电导率，可以在0.279thz和0.417thz处调节两个透射谐振峰的变化，实现太赫兹频率范围内2bit的二进制编码。然而该专利不具备光学透过性，且不满足宽带屏蔽的需求。

8、目前关于可调谐多功能滤波器的专利201911281537.9、202011498907.7、202221191045.8和202011492297.x仅仅实现了太赫兹波段特定波段透过功能，但是以上专利皆不具有光学透过性以及无法满足宽带屏蔽(同时包括吉赫兹和太赫兹)的功能。

9、综上所述，现有的研究难以同时实现吉赫兹和太赫兹双波段屏蔽、太赫兹波段开关和光学透过性等特性。拥有可调功能的太赫兹开关仅可完成简单的振幅调控，且调控范围有限；而具有屏蔽功能的透明光窗通常随着器件的制备完成，基本功能随之固定，无法进行功能的切换，使用领域具有局限性；总体上，目前的研究无法满足现阶段对在多波段具有多功能的光窗的新需求，尤其是在已经达到较好的吉赫兹和太赫兹波段屏蔽以及光学波段透光性的同时，还增加其结构的太赫兹波段开关功能，并使器件易于小型化和集成化，扩展其应用范围。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于克服上述已有的太赫兹调控器件等方案的不足，特别是针对现有技术无法满足现阶段对在多波段具有多功能光窗的新需求，研发一种基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐器件，实现光学波段透过、太赫兹波段低损耗传输及屏蔽状态的切换以及微波波段屏蔽等多功能一体化光窗的设计。

2、本发明采取的技术方案是：一种基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，由电磁诱导透明的多功能可调谐结构设置于光窗表面构成，其特征在于，所述多功能可调谐结构包括n×n个相同的单元，基本单元具有正方形外形，按二维正交排列，并分布于光窗表面，相邻单元间密接排布，n为等于或大于1的正整数；所述基本单元为2层结构，依次为调控层(1)，金属微结构层(2)，设置于光窗(3)表面；所述调控层(1)为钙钛矿薄膜，化学式mapbbr3，其电导率随着激励光强的增加而增加；所述金属微结构层(2)包括四个旋转对称的开口谐振环以及一个闭口谐振环，闭口谐振环为正方形环，外环尺寸与基本单元的正方形相同，包围整个基本单元，四个开口谐振环位于闭口谐振环内部，开口谐振环均为正方形环，且其边与闭口谐振环平行，每个开口谐振环均具有两个开口，两个开口分别位于与闭口谐振环相邻的开口谐振环两条边的中间位置；所述多功能可调谐器件在光学波段透过，在微波波段屏蔽，在太赫兹波段，没有外部光激励的情况下，器件为太赫兹波段内的通讯状态，有外部光激励的作用下，器件为太赫兹波段内的屏蔽状态。

3、作为一种优选基本结构，上述的基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，其特征在于，所述调控层(1)中的钙钛矿薄膜，厚度为0.3-0.7μm。

4、作为一种优选基本结构，上述的基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，其特征在于，所述金属微结构层(2)中的金属厚度为0.1-0.3μm。

5、作为一种优选基本结构，上述的基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，其特征在于，所述闭口谐振环外环长为70-90μm，环的线宽为8-12μm；所述四个旋转对称的开口谐振环外环长为24μm，内环长为20μm，两个开口宽度均为4μm；

6、作为一种优选基本结构，上述的基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，其特征在于，所述金属微结构层(2)由导电性能良好的合金材料构成。

7、作为一种优选基本结构，上述的基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，其特征在于，所述光窗(3)材料为su8、pedot、sio2、tpx的一种。

8、作为一种优选基本结构，上述的基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，其特征在于，所述的外部激励驱动为波长808nm的激励光。

9、上述基于电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗的调谐方法，当波长808nm的激光照射在器件上时，mapbbr3的电导率较大时，约为6000s/m，处于屏蔽状态；当取消激光的照射后，mapbbr3的电导率较小，约为0s/m，处于透射状态，在0.1thz-1.0thz范围内某一频率处出现一个增透窗口，这时器件为太赫兹低损耗传输功能。同时，该器件还具有光学透过以及微波波段屏蔽等多功能。

10、相比于现有技术，本发明的创新性和良好效果是：

11、本发明提出的由调控层、金属微结构层和光窗基底组成的电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，调控层为化学式mapbbr3的钙钛矿薄膜，808nm的泵浦光为激励光。这样设置的良好效果是：钙钛矿薄膜在泵浦光的激励下发生非线性双光子吸收效应，利用808nm的泵浦光照射在薄膜表面，可使钙钛矿薄膜的电导率发生改变，实现太赫兹波段的调控功能，同时钙钛矿薄膜的非线性双光子效应只对特定的波长激励光产生反应，因此不容易被其他波长的光干扰。

12、本发明提出的由调控层、金属微结构层和光窗基底组成的电磁诱导透明的多功能太赫兹可调谐光窗，其中金属微结构层为电磁诱导透明共振金属结构，由四个旋转对称的开口谐振环以及一个闭口谐振环构成，闭口谐振环为包围整个基本单元的正方形环，，四个开口谐振环均为位于闭口谐振环内部的正方形环，且其边与闭口谐振环平行，每个开口谐振环均具有两个开口，两个开口分别位于与闭口谐振环相邻的开口谐振环两条边的中间位置，该结构可产生为fano共振，这样设置的良好效果是：fano共振可以增加调制深度，当太赫兹波入射到平面上时，开口谐振环产生电感电容共振，垂直于谐振方向的闭口谐振环无法直接产生谐振，但在开口谐振环震荡的影响下，闭口谐振环进一步产生震荡，形成了电磁诱导透明透过窗，增加了调制深度；该结构呈旋转对称形状，对偏振不敏感，增加了其应用范围。

13、总体上，本发明在电磁诱导透明共振金属结构上旋涂一层mapbbr3薄膜，在激光泵浦下，多功能太赫兹可调谐光窗具有光学透过、太赫兹波段低损耗传输和屏蔽状态的切换以及微波波段屏蔽等多种功能。