[發明專利]一種動態可調諧的寬帶偏振轉換器

有效

• 申請號: 201610201529.9
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105759465B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 朱正;劉紅;呂婷婷;史金輝;李玉祥;關春穎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于電磁波和新型人工電磁材料領域，具體涉及一種動態可調諧的寬帶偏振轉換器。一種動態可調諧的寬帶偏振轉換器，包括介質層和新型人工電磁材料層，新型人工電磁材料層位于介質層的表面，其中新型人工電磁材料為周期性排列的方形對角線開口環，新型人工電磁材料為亞波長結構；所述的動態可調諧基于相干控制原理，由兩束相干波完成，即信號波和控制波，兩束波具有相同的振幅和波長，沿垂直于新型人工電磁材料的方向相向傳播，通過改變信號波與控制波之間的相位差。本發明同時具有便攜、重量輕、易集成等優點，較傳統的偏振轉換材料，本發明為單層，厚度小、重量輕且易于共形。

技術領域

本發明屬于電磁波和新型人工電磁材料領域，具體涉及一種動態可調諧的寬帶偏振轉換器。

背景技術

新型人工電磁材料的出現，豐富了電磁領域的研究內容，也為實現多種新型微波器件、微納器件提供了機遇。新型人工電磁材料是利用自然界的常規材料人工設計的復合媒質，其結構單元的尺度在亞波長量級，可以實現天然材料所沒有的電磁特性，如負折射、完美透鏡、隱身斗篷等。新型人工電磁材料極大地豐富了電磁領域的研究內容，實現多種功能性器件，如偏振器、完美透鏡、濾波器和調制器等。2013年英國南安普頓大學的NikolayZheludev等人在《光學設備、系統及方法》(專利號WO2013144559)的專利中提出了對亞波長厚度的金屬超材料進行相干控制。通過調節這兩束相干光之間的相位差或強度，可以完全或大部分地消除光能量在超材料內的焦耳損耗，也可以對光能量進行完全吸收。2014年哈爾濱工程大學的史金輝、聶光宇等人在《一種基于相干控制的動態可調諧吸收器》(專利號CN104021817A)的專利中指出，通過新型人工電磁材料與駐波的相互作用，可以實現相干可控的、選擇性吸收，3個頻帶的吸收率均可在0-1之間變化。超材料的相干控制機理可以實現多種功能器件，如光學邏輯器件、光學開關等。

新型人工電磁材料的偏振轉換和可調諧特性的研究吸引了眾多科研工作者的廣泛關注，不僅是因為它們在電磁學領域的學術意義，而且由于其具有重要的研究價值和應用前景，例如偏振轉換器件和偏振開關的設計。然而國內外利用相干控制機理實現的新型人工電磁材料偏振功能器件，都是窄帶的且結構復雜，目前尚缺少有效的相干可控的寬帶偏振方案。因此，偏振轉換器件的頻帶擴展以及可調諧性仍是一個亟待解決的熱點問題。通常，頻帶的拓寬是通過多層的結構堆疊獲取的，但這種結構的體積往往比較大，不利于器件的小型化發展。一種有效的解決途徑就是利用多重諧振響應相結合的方式。其次，利用光進行信息傳輸和數據處理是解決利用電子進行數據傳輸和處理的損耗和轉換問題的切實可行的新方法，而發展相干控制技術則是實現光信息傳輸技術的重要途徑，就目前研究情況來看，利用超材料與相干光之間的相互作用實現相干控制已經得到了實驗的驗證，超材料結構簡單、經濟，在未來信息通信中將發揮很重要的作用。基于上述設計原理，設計了一種基于相干控制的動態可調寬頻帶偏振轉換器。動態可調寬頻帶偏振轉換器不僅拓寬了偏振轉換的頻帶范圍，而且每個頻率點的偏振轉換系數都可以通過相干控制進行調節，從而在寬頻帶范圍內實現了線偏振波的正交偏振轉換的動態調節功能。利用相干特性的可調諧偏振轉換器相比于傳統結構，制作簡單、操作方便、成本大幅降低，能夠在寬頻帶范圍內實現線偏振光的正交偏振轉換與特定頻率下偏振轉換率的動態控制，具有很大的潛在應用價值。

發明內容

本發明的目的是利用新型人工電磁材料的諧振特性，提供一種動態可調諧的寬帶偏振轉換器。

本發明的目的是這樣實現的：

一種動態可調諧的寬帶偏振轉換器，包括介質層和新型人工電磁材料層，新型人工電磁材料層位于介質層的表面，其中新型人工電磁材料為周期性排列的方形對角線開口環，新型人工電磁材料為亞波長結構；所述的動態可調諧基于相干控制原理，由兩束相干波完成，即信號波和控制波，兩束波具有相同的振幅和波長，沿垂直于新型人工電磁材料的方向相向傳播，通過改變信號波與控制波之間的相位差。

所述新型人工電磁材料層刻蝕在基底表面，為周期結構，周期為毫米量級。

所述新型人工電磁材料層的結構單元相同。