[發明專利]一種基于黑磷的超寬帶極化可重構圓極化器

有效

• 申請號: 201710505085.2
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107221732B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 姜彥南;王蕾;王嬌;曹衛平;高喜;于新華
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01P1/17
• 分類號: H01P1/17
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 周雯

本發明公開了一種基于黑磷的超寬帶極化可重構圓極化器，由在同一水平面內周期性排列的M×N個單元結構組成，所述的單元結構包括依次堆疊的保護層、黑磷層、中間介質層、全反射面層；所述的黑磷層由n層黑磷片層組成，黑磷片層與片層之間由隔離介質層隔開，所述的保護層用于防止黑磷與空氣或水接觸，起到保護作用。該極化器開啟了基于黑磷的圓極化器的設計，黑磷超材料的各向異性，使得線?圓極化轉換成為可能；而黑磷的面內各向異性也可能對線?圓極化轉換產生影響；同時，黑磷的單層原子的厚度有利于實現圓極化器的小型化。

技術領域

本發明涉及電磁波極化器技術領域，具體涉及一種基于黑磷的超寬帶極化可重構圓極化器。

背景技術

電磁波的極化轉換，尤其是將線極化波轉換為圓極化波在實際應用中極具重要意義。傳統的極化器結構復雜，厚度較厚，十分不利于實際應用。而且效率低、帶寬窄極大地限制了其應用。超材料的研究與發展使得小型化、高效率、寬帶寬的極化器設計成為可能。超材料是由亞波長的結構周期或非周期排列而成的人工復合材料。通過改變單元結構的幾何參數滿足所需的電磁參數，進而能調控電磁波的極化狀態。

不同于其他二維材料，黑磷的原子排布由于sp³雜化形成脊狀的褶皺六邊形蜂窩結構，這導致了其面內各向異性的電光特性。而黑磷的面內各向異性可由笛卡爾坐標系表示，其中x方向(或扶手椅方向)、y方向(或鋸齒方向)分別和脊垂直、平行。與石墨烯和過渡金屬硫化物相比，黑磷擁有直接帶隙。二維黑磷的直接帶隙由其厚度決定，單層黑磷的帶隙約為2eV。黑磷會對中紅外、遠紅外，甚至可見光波段的電磁波產生響應，使得黑磷在許多器件設計中存在潛在應用。目前尚未見有基于黑磷在極化器上的相關研究報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于黑磷的超寬帶極化可重構圓極化器，該極化器能在寬帶范圍內將線極化波轉換為圓極化波，而且結構簡單，極化可重構。

實現本發明目的的技術方案是：

一種基于黑磷的超寬帶極化可重構圓極化器，由在同一水平面內周期性排列的M×N個單元結構組成；所述的單元結構包括依次堆疊的保護層、黑磷層、隔離介質層、中間介質層、全反射面層；所述的黑磷層由n層黑磷片層組成，黑磷片層與片層之間由隔離介質層隔開，所述的保護層用于防止黑磷與空氣或水接觸，起到保護作用。

所述的單元結構，周期長度p為1-20um。

所述的黑磷層，由n層黑磷片層組成，n為1-80。

所述的黑磷片層，厚度為1nm，由四個形狀相同的黑磷矩形結構按90°旋轉對稱形式排列而成。

所述的黑磷矩形結構，矩形的長l為0.2-15um，寬w為0.2-15um，矩形邊界與單元結構的邊界距離s為0.05-5um。

所述的n層黑磷片層，分為偶數層和奇數層；奇數層的黑磷片層與偶數層的黑磷片層關于45°或135°對角線對稱。

所述的隔離介質層，厚度為0.01-0.05μm，介電常數為1.05-2.25。

所述的中間介質層，厚度為2-10μm，介電常數為2.25-3.5。

有益效果：本發明提供的一種基于黑磷的超寬帶極化可重構圓極化器，開啟了基于黑磷的圓極化器的設計，黑磷超材料的各向異性，使得線-圓極化轉換成為可能；而黑磷的面內各向異性也可能對線-圓極化轉換產生影響；同時，黑磷的單層原子的厚度有利于實現圓極化器的小型化。

附圖說明

圖1為本發明去掉保護層的三維結構示意圖；

圖2為本發明單元結構側視圖；

圖3為本發明奇數層黑磷片層結構示意圖；

圖4為本發明偶數層黑磷片層結構示意圖；