[發(fā)明專利]一種高效驅動液晶分子的太赫茲超表面

有效

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• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113036446B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設計）人: 劉水;許鋒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;G02F1/13
• 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

本發(fā)明公開一種高效驅動液晶分子的太赫茲超表面，從上而下依次包括頂層石英襯底層、頂層金屬層、液晶層、底層金屬層和底層石英襯底層；所述頂層金屬層鍍膜在頂層石英襯底層的下表面上，底層金屬層鍍膜在底層石英層的上表面上；所述頂層金屬層包括按陣列排布的超表面單元，所述超表面單元包括諧振環(huán)組。本發(fā)明利用相鄰金屬結構之間的邊緣場疊加原理驅動部分無金屬覆蓋區(qū)域的液晶分子，有效驅動更多的液晶分子大大提升液晶超表面的性能上限；通過對超表面單元的合理編碼，該超表面實現(xiàn)最大66°的波束偏轉。

技術領域

本發(fā)明涉及一種太赫茲超表面，尤其涉及一種高效驅動液晶分子的太赫茲超表面。

背景技術

超表面技術可以有效的控制電磁波的幅度、相位、極化以及軌道角動量等信息，越來越受到研究者們的重視。它的低剖面、小體積、低成本特點使其替代了傳統(tǒng)的立體器件，成為目前波束控制的研究熱點。通過在超表面上分布二進制編碼單元和動態(tài)切換每個單元的編碼狀態(tài)，可以極大地方便太赫茲波束的相位操縱。

利用液晶材料實現(xiàn)的太赫茲超表面可以通過改變外部電場實現(xiàn)對超表面的編碼，達到一種可電調反射面的效果。但液晶材料分子的旋轉需要一定的電場來驅動，在通常情況下是通過超表面上下表面金屬結構之間施加電壓來實現(xiàn)的。這樣一種方法只能夠驅動超表面上下金屬結構重疊的部分，其余部分由于無法形成垂直于超表面的電場，液晶分子很難發(fā)生偏轉，從而無法實現(xiàn)可電調的功能，這樣一個缺陷常常會導致超表面在實測時的效果遠不及預期，大大限制了液晶材料在超表面的應用。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種高效驅動液晶分子的太赫茲超表面，解決只能夠驅動超表面上下金屬結構重疊的部分，其余部分無法形成垂直于超表面的電場的問題。

技術方案：本發(fā)明所述的高效驅動液晶分子的太赫茲超表面，從上而下依次包括頂層石英襯底層、頂層金屬層、液晶層、底層金屬層和底層石英襯底層；所述頂層金屬層鍍膜在頂層石英襯底層的下表面上，底層金屬層鍍膜在底層石英層的上表面上；所述頂層金屬層包括按陣列排布的超表面單元，所述超表面單元包括諧振環(huán)組。

所述諧振環(huán)組包括一個開口諧振環(huán)和兩個閉口諧振環(huán)；所述兩個閉口諧振環(huán)由內向外依次排布在開口諧振環(huán)的周圍，每個諧振環(huán)的中心均與超表面單元的中心重合。

所述開口諧振環(huán)的外長度可調節(jié)，開口長度可調節(jié)。

所述諧振環(huán)的金屬條寬度相同，諧振環(huán)之間的間距相同，金屬條寬度和諧振環(huán)之間間距相同。

所述頂層金屬層包括饋線，諧振環(huán)組通過饋線聯(lián)通，相鄰的超表面單元通過饋線聯(lián)通。

所述底層金屬層包括金屬條，金屬條方向與頂層金屬層饋線方向相同，金屬條長度與超表面單元的邊長相同，金屬條寬度為超表面單元邊長的整數倍，相鄰金屬條之間蝕刻間隙。。

所述頂層石英層與底層石英層之間放置墊片，所述墊片與頂層石英層、底層石英層組成液晶盒，在液晶盒中灌注液晶后形成液晶層。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點為利用相鄰金屬結構之間的邊緣場疊加原理驅動部分無金屬覆蓋區(qū)域的液晶分子，有效驅動更多的液晶分子大大提升液晶超表面的性能上限。通過對超表面單元的合理編碼，該超表面實現(xiàn)最大66°的波束偏轉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明超表面單元的結構圖；

圖2為只有金屬覆蓋區(qū)域驅動時液晶分子驅動示意圖；

圖3為本發(fā)明液晶內分子全部驅動液晶分子驅動示意圖；

圖4為本發(fā)明液晶內分子全部驅動液晶分子驅動仿真結果；

圖5為只有金屬覆蓋區(qū)域驅動液晶分子驅動仿真結果；

圖6為本發(fā)明超表面單元的反射性能圖；