[發明專利]一種非對稱的多功能超材料極化轉換器

有效

• 申請號: 202011630672.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112864632B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 楊榮草;王佳云;賈鶴萍;張文梅
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01Q15/24
• 分類號: H01Q15/24;H01P1/16
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于超材料極化轉換器領域，具體涉及一種非對稱的多功能超材料極化轉換器，包括從上到下依次設置的第一超表面結構層、第一介質層、第二超表面結構層、第二介質層和底層光敏硅板，所述第一超表面結構層由多個類六邊形諧振器周期排列而成，所述類六邊形諧振器中嵌有光敏硅塊、二氧化礬塊、對角二氧化礬條；第二超表面結構層由多個類六邊形開口諧振器周期排列而成。本發明可以將正向和反向入射的電磁波轉化為不同的極化模式，實現非對稱的多功能極化轉換。

技術領域

本發明屬于超材料極化轉換器領域，具體涉及一種非對稱的多功能超材料極化轉換器。

背景技術

幅度、頻率、相位和極化是表征電磁波的四個重要特性，其中極化特性是電場在垂直于電磁波傳播方向平面上的振動方向。有效地控制電磁波的極化方向對于電磁波的利用至關重要的。

超材料是一種可以根據實際需要來人工合成的復合材料，自從1968年科學家Veselago在理論上提出電場、磁場和波矢量服從左手關系的超材料之后，超材料得到了廣泛地研究。通過巧妙地設計超材料結構參數來操控其介電常數和磁導率，因此能夠廣泛地應用在完美吸收器、傳感器和極化轉換器等領域。

2013年Chen等人設計了工作在太赫茲頻段的超材料極化轉換器，通過短金屬線-介質-反射板的結構實現了反射式極化轉換功能，同時通過金屬柵-金屬線-金屬柵的結構實現了透射式極化轉換功能。然而這樣的超材料極化轉換器在制作完成后僅能工作在單一的功能，因此近年來研究人員提出了許多具有多種功能的超材料極化轉換器，并且能夠通過二極管或者光敏開關材料對其功能進行調控。然而目前現有的多功能超材料極化轉換器僅能工作在反射式或者透射式中的一種工作模式。本發明設計的一種非對稱的多功能超材料極化轉換器，通過采用雙超表面諧振結構層的設計，并在超材料結構單元中嵌入光敏硅和二氧化釩材料，在不同的激勵條件下，該超材料極化轉換器能夠工作在反射式或者透射式工作模式，并且當工作在透射模式時，正向入射和反向入射表現出完全不同的極化轉換性能。由于本發明具有多種功能，并且能夠靈活調控，使其具有廣泛地應用前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：如何采用一種超材料結構實現反射式和非對稱透射式的極化轉換效果。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種非對稱的多功能超材料極化轉換器，包括從上到下依次設置的第一超表面結構層、第一介質層、第二超表面結構層、第二介質層和底層光敏硅板，所述第一超表面結構層由多個類六邊形諧振器周期排列而成，所述類六邊形諧振器中嵌有光敏硅塊、二氧化礬塊、對角二氧化礬條；第二超表面結構層由多個類六邊形開口諧振器周期排列而成。

進一步，所述類六邊形諧振器由一個六邊形金屬諧振器和一條連接在六邊形金屬諧振器兩個對角處的對角二氧化礬條組成。

進一步，所述光敏硅塊設置在類六邊形諧振器中的一條不與對角二氧化礬條接觸邊的中間位置處；所述類六邊形諧振器中嵌有兩塊二氧化礬塊，分別設置在類六邊形諧振器中的兩條與對角二氧化礬條相連邊的四分之一位置處，所述二氧化礬塊關于類六邊形諧振器中心呈中心對稱分布。

進一步，所述類六邊形開口諧振器由六邊形二氧化礬諧振器和一條連接在六邊形二氧化礬諧振器兩條對邊處的對邊二氧化礬條組成；所述類六邊形開口諧振器中對邊二氧化礬條的分布方向與類六邊形諧振器中對角二氧化礬條的分布方向呈十字交叉分布；所述類六邊形開口諧振器中的開口設置在類六邊形二氧化礬諧振器的一個角處，該角為類六邊形二氧化礬諧振器中不與對邊二氧化釩條相連的兩條邊的交角處。

進一步，所述六邊形二氧化礬諧振器的大小尺寸與類六邊形諧振器中的六邊形金屬諧振器相同；所述類六邊形開口諧振器中的開口寬度與類六邊形開口諧振器的線寬相同。