[實用新型]一種各向異性的魚眼-龍伯超表面透鏡

有效

• 申請號: 201320442293.X
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN203445242U
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 崔鐵軍;萬向
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q15/02
• 分類號: H01Q15/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本實用新型涉及表面波器件，尤其是一種基于新型人工電磁材料的表面等離激元透鏡，該超表面透鏡同時具有龍伯透鏡和魚眼透鏡的特性。

背景技術

人工超表面（metasurfaces）由于具有易于加工，結構簡單，低剖面以及損耗低的特點，最近收到廣泛關注。當前，技術人員已經設計和應用了一系列基于人工超表面的新型器件，比如輻射波和表面波的轉化器、表面波天線、基于人工超表面的極化轉換器等等。

但是，這些產品大多數是單功能的。

實用新型內容

實用新型目的：本實用新型要提供一種各向異性的魚眼-龍伯超表面透鏡，使其當激發源沿人工超表面不同的光軸激勵時，分別表現為龍伯透鏡和魚眼透鏡，因此至少具有兩種功能，以提高表面波器件在應用中的集成度。

技術方案：一種超表面透鏡，包括介質襯底以及設置在介質襯底上的、由多個結構單元周期性行列排布組成的表面金屬結構，所述表面金屬結構成中心對稱，所述結構單元的槽深從對稱中心向外周漸變。

所述結構單元包括U型金屬片。所述U型金屬片的槽深從對稱中心向外周逐漸減小。距離對稱中心相等的U型金屬片的槽深相等。所述結構單元的槽深從對稱中心向外周逐漸減小。

與現有透鏡基于各向同性的特點不同，本實用新型各向異性的人工超表面透鏡在不同的光軸方向上具有不同的折射率，這就為實現多功能器件提供了物理基礎。本實用新型可以沿不同的光軸分別按照基于各向同性材料的方法來設計，但設計的折射率滿足不同的分布，這樣就實現了多功能器件。

有益效果：本實用新型的超表面透鏡可以實現對不同傳播方向的表面等離激元的單獨調控，提高了表面波在應用中的集成度，具有更高的靈活性；本實用新型的透鏡天線制作簡單、工藝成熟、價格不高、便于推廣；通過結構參數的縮放，本實用新型可以適用于微波、毫米波和太赫茲波等不同波段。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2a為本實用新型結構單元的示意圖，圖2b為本實用新型結構單元的色散特性示意圖；

圖3為本實用新型的不同向的折射率分布與理論值比較示意圖；

圖4為沿y方向激勵時，電場Ex分量在水平面上的仿真分布圖；

圖5a為沿y方向激勵時，電場Ex分量在豎直切面上的仿真分布圖；

圖5b為圖5a中A點的放大示意圖；

圖6為沿x方向激勵時，電場Ey分量在水平面上的仿真分布圖；

圖7a為沿x方向激勵時，電場Ey分量在豎直切面上的仿真分布圖；

圖7b為圖7a中B點的放大示意圖；

圖8為沿y方向激勵時，電場Ex分量在水平面上的測試分布圖；

圖9為沿x方向激勵時，電場Ey分量在水平面上的測試分布圖；

圖10為本實用新型雙功能表面波透鏡的實物圖。

具體實施方式

如圖1和圖2a所示，本實用新型基于新型人工電磁材料的表面等離激元透鏡主要包括介質襯底1和表面金屬結構2。表面金屬結構2由多個結構單元3周期性行列排布組成。表面金屬結構2成中心對稱。結構單元主體為U型金屬片，其槽深從對稱中心向外周逐漸減小，距離對稱中心相等的U型金屬片的槽深相等。上述結構使得透鏡主體的表面折射率由圓心向外側漸變分布，與圓心距離相等的位置折射率相等。

具體地，U型金屬片被刻蝕于介質襯底上；介質板為聚四氟乙烯材質，介電常數為2.2。色散曲線表明透鏡在不同的光軸方向上具有不同的折射率，即所采用的新型人工電磁材料單元是各向異性的（a方向和b方向上的激勵效果不同）。在該實施例中，U型金屬片排成偶數個行（圖1中的y向）和偶數個列（圖1中的x向），其中，金屬片凹槽的方向與x向或其反向一致。在不同的方向上，U型金屬片的對稱方式不同：在不同行之間的對稱關系上，U型金屬片沿對稱軸成“背靠背”排列；在不同列之間的對稱關系上，U型金屬片沿對稱軸成“肩并肩”排列。

圖2b中的色散曲線是由掃描h的值所得，其中h按步長0.3mm從1增加到3.4mm，對應的曲線按照箭頭所示的方向由內向外保護。這種變化趨勢表明：通過控制h的大小來控制折射率的大小，可以實現所需要的折射率分布。

如圖3所示，通過在不同的位置采用不同槽深h的U型金屬片結構，所設計的透鏡在x方向和y方向表現出不同的折射率分布，與理論值的比較顯示其具有良好的吻合度。