[發(fā)明專利]一種水基夾層超表面可調(diào)相干吸波體

有效

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• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113346249B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊銳;王遠(yuǎn)光;顧宸光;郭海瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q17/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發(fā)明公開了一種水基夾層超表面可調(diào)相干吸波體，是一種新型結(jié)構(gòu)，解決了用低成本材料實現(xiàn)相干吸收峰的頻率和幅度的實時動態(tài)調(diào)整及對不同極化狀態(tài)下入射相干波束的吸收通道規(guī)律性的調(diào)控。微單元周期排列構(gòu)成水基夾層超表面可調(diào)相干吸波體的整體結(jié)構(gòu)，微單元是兩側(cè)蝕刻有雙開口分裂諧振環(huán)金屬圖案PCB基板和水中間介質(zhì)層共同組成的三明治夾層結(jié)構(gòu)，水層和基板長和寬等大。通過調(diào)整兩側(cè)諧振環(huán)的開口相對朝向，實現(xiàn)對不同極化狀態(tài)下的入射相干波吸收通道的完全重合和分離，在頻率濾波和偏振選擇透過性具有重要應(yīng)用價值，改變水溫和入射相干波束的相位差可對其吸波特性如吸收頻點和吸收率進(jìn)行實時動態(tài)調(diào)控，提高了相干吸波體的可調(diào)控能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁波技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及新型人工電磁材料以及電磁波調(diào)控，具體是一種水基夾層超表面可調(diào)相干吸波體的新型結(jié)構(gòu)，可用于全光開關(guān)、主控隱身、電磁調(diào)制等方面。

技術(shù)背景

相干完美吸波體強大的動態(tài)可調(diào)控能力使其在全光開關(guān)、電磁調(diào)制、探測器、傳感器、主控隱身等方面有著重要的研究和應(yīng)用價值。它與熟知的激光器具有時間反演對稱關(guān)系，相干吸波利用兩束相向?qū)ΨQ入射的相干光之間的干涉作用能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁波能量的完全吸收。2010年，Y.D.Chong最初設(shè)計的相干完美吸波體是在簡單的硅基板上實現(xiàn)的，通過在其中添加精確的耗散量而在離散頻率下實現(xiàn)單色相干光束的完美吸收效果。2013年美國南安普頓大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院的Roman Bruck和Otto L.Muskens等人對一種硅波導(dǎo)上的等離子體納米天線結(jié)構(gòu)作為完美相干吸波體在全光開關(guān)和調(diào)制器上的應(yīng)用進(jìn)行研究。2016年Weiren Zhu和Fajun Xiao等人提出了一種單層漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)的全介質(zhì)完美相干吸波體，通過改變相位差可以實現(xiàn)吸波率從0.38％到99.85％的動態(tài)調(diào)控。2018年歐陽征標(biāo)等人提出一種用于紅外多波段相干光吸收的超表面，實現(xiàn)了同時多頻段下的相干波吸收。2019年王然等人提出一種完美吸收體的制備方法及完美吸收體，通過合理優(yōu)化超表面陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得在所述預(yù)設(shè)的周期性超表面陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)相鄰的結(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生振幅相等、相位相反的模式分布，最終在遠(yuǎn)場獲得相干相消效果。2019年X JIND等人基于石墨烯材料提出了單層和多層的頻率可調(diào)相干完美吸波體，其得益于石墨烯的電導(dǎo)率可以通過外加偏置電路調(diào)整費米能級來改變，實現(xiàn)了對相干吸收峰頻率的動態(tài)可調(diào)控。

相干完美吸波體的概念自被提出以來，具備吸收峰強度可調(diào)性的相干完美吸波體為傳統(tǒng)電磁吸波體的可調(diào)諧性研究提供了一種全新的解決思路，即通過調(diào)整兩束相干光之間的相位差的方式實現(xiàn)對吸收強度動態(tài)調(diào)控。在研究過程中，本申請的發(fā)明人注意到現(xiàn)有的大部分相干吸波體都只能在固定的吸收峰頻率下實現(xiàn)對吸收率的可調(diào)，缺乏對吸收峰頻率的實時調(diào)整，亦或是利用石墨烯等材料制造而成的搭載偏置電路的可調(diào)相干完美吸波體，但是生產(chǎn)工藝不成熟，制造成本高昂，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要配置專門的控制電路，亦或是采用液體金屬棒的機械調(diào)控的方式，但是實際操作復(fù)雜，精度不高。另一方面，已有相關(guān)文獻(xiàn)的研究缺乏對相干波束在不同極化狀態(tài)下的吸收性能進(jìn)行區(qū)分和利用，這限制了相干完美吸波體在頻率濾波和偏振選擇透過性等方面的應(yīng)用。

現(xiàn)有的可調(diào)的相干完美吸波體或采用電磁參數(shù)可調(diào)的石墨烯材料或利用機械調(diào)控的方法進(jìn)行吸收峰頻率的調(diào)控，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，操作繁瑣且調(diào)控精度不高。現(xiàn)有的相干完美吸波體針對不同極化狀態(tài)下入射的相干波束的吸收性能缺少區(qū)分和利用，即多數(shù)相干吸波體對不同極化狀態(tài)下的入射相干波束的吸收通道是重合的或是無規(guī)則的分開。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種兼具控制水溫來實時調(diào)控相干吸收峰頻率和幅度以及改變雙開口分裂環(huán)的相對開口朝向來實現(xiàn)對不同極化狀態(tài)下入射相干波束的吸收通道進(jìn)行規(guī)律性調(diào)控的成本低廉、操作便捷、制作簡單的水基夾層超表面可調(diào)相干吸波體。