一种任意主动相位调控电磁超表面及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种任意主动相位调控电磁超表面，包括：衬底；依次位于衬底上的主动相位调控层和被动相位调控层；主动相位调控层的微结构单元为由主动调控材料构成的圆开口谐振环结构；被动相位调控层的微结构单元为由良导体材料构成的、与主动相位调控层的微结构单元同圆心的圆开口谐振环结构；被动相位调控层的谐振环外径不同于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径不同于主动相位调控层的谐振环内径，且被动相位调控层的谐振环开口区域与主动相位调控层的谐振环开口区域没有重合部分。本发明专利技术提供的任意主动相位调控超表面，通过被动相位调控层及主动相位调控层开口谐振环的几何转角的控制，可实现任意需求的附加相位。需求的附加相位。需求的附加相位。

【技术实现步骤摘要】
一种任意主动相位调控电磁超表面及其制备方法


[0001]本专利技术涉及相位调控超表面
，更具体地说，是涉及一种任意主动相位调控电磁超表面及其制备方法。

技术介绍

[0002]相位调控超表面是一种可以对电磁波相位进行调控的器件。通过超表面实现的相位调控器件可以使器件厚度突破电磁波长的限制，其功能极为丰富且可以人为设计，在许多方面已经超越传统相位调控器件；广泛应用于平面超透镜、涡旋光发生、光子自旋霍尔效应激发等诸多领域。
[0003]为实现可以进行相位调控的超表面，研究者们发现超表面微结构单元的几何转角与入射电磁波特定偏振态的附加相位直接相关，除此之外，利用具有一定厚度的不同介质微结构的电磁波类波导模式传播也可以实现电磁波的相位调控。
[0004]但是，目前的相位调控超表面其功能多为被动调控，由于其几何结构设计受需求相位的限制，很难实现在被动相位调控的基础上实现任意主动相位调控，这就限制了相位调控超表面的发展。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种任意主动相位调控电磁超表面及其制备方法，以解决目前的相位调控超表面难以实现主动调控的问题。
[0006]本专利技术提供了一种任意主动相位调控电磁超表面，包括：
[0007]衬底；
[0008]依次位于衬底上的主动相位调控层和被动相位调控层；
[0009]主动相位调控层的微结构单元为由主动调控材料构成的圆开口谐振环结构；
[0010]被动相位调控层的微结构单元为由良导体材料构成的、与主动相位调控层的微结构单元同圆心的圆开口谐振环结构；
[0011]被动相位调控层的谐振环外径不同于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径不同于主动相位调控层的谐振环内径，且被动相位调控层的谐振环开口区域与主动相位调控层的谐振环开口区域没有重合部分。
[0012]优选的，所述衬底为与主动调控材料实现晶格匹配的指定晶面厚度的衬底材料。
[0013]优选的，所述主动调控材料选自硅、石墨烯、二氧化钒和GST中的一种或多种。
[0014]优选的，所述良导体材料选自金、银、铂、铝和铜中的一种或多种。
[0015]优选的，所述主动相位调控层和被动相位调控层均为二维同周期方块阵列。
[0016]优选的，所述二维同周期方块阵列的二维阵列周期为100nm～10mm。
[0017]优选的，所述被动相位调控层的谐振环外径小于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径大于主动相位调控层的谐振环内径。
[0018]优选的，所述主动相位调控层的圆开口谐振环结构和被动相位调控层的圆开口谐
振环结构均可绕圆心进行任意角度转动。
[0019]本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的任意主动相位调控电磁超表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0020]a)在衬底上生长主动调控材料，经第一次刻蚀，形成主动相位调控层；
[0021]b)在具有主动相位调控层的衬底上生长良导体材料，并使形成的良导体材料层厚度超过主动相位调控层，经第二次刻蚀，形成被动相位调控层，得到任意主动相位调控电磁超表面。
[0022]本专利技术提供了一种任意主动相位调控电磁超表面，包括：衬底；依次位于衬底上的主动相位调控层和被动相位调控层；主动相位调控层的微结构单元为由主动调控材料构成的圆开口谐振环结构；被动相位调控层的微结构单元为由良导体材料构成的、与主动相位调控层的微结构单元同圆心的圆开口谐振环结构；被动相位调控层的谐振环外径不同于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径不同于主动相位调控层的谐振环内径，且被动相位调控层的谐振环开口区域与主动相位调控层的谐振环开口区域没有重合部分。与现有技术相比，本专利技术提供的任意主动相位调控超表面，采用特定结构及连接关系，可以实现在主动调控前后任意的电磁波指定偏振态附加相位；其在主动调控前的附加相位由被动相位调控层开口谐振环的几何转角控制，在主动调控后的附加相位由主动相位调控层开口谐振环的几何转角控制，二者调控效果相互正交，且在前述约束条件下，结构几何转角可实现任意需求的附加相位。
[0023]另外，本专利技术提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，应用前景广阔。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的相位调控超表面结构单元示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例提供的相位调控超表面结构单元俯视图；
[0026]图3～6为本专利技术实施例提供的相位调控超表面有限元仿真结果示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例提供的相位调控超表面制备方法的流程图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]本专利技术提供了一种任意主动相位调控电磁超表面，包括：
[0030]衬底；
[0031]依次位于衬底上的主动相位调控层和被动相位调控层；
[0032]主动相位调控层的微结构单元为由主动调控材料构成的圆开口谐振环结构；
[0033]被动相位调控层的微结构单元为由良导体材料构成的、与主动相位调控层的微结构单元同圆心的圆开口谐振环结构；
[0034]被动相位调控层的谐振环外径不同于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径不同于主动相位调控层的谐振环内径，且被动相位调控层的谐振环开口
区域与主动相位调控层的谐振环开口区域没有重合部分。
[0035]本专利技术提供的任意主动相位调控电磁超表面，应用于微波通信、平面超透镜、涡旋光发生、光子自旋霍尔效应激发等

[0036]参见图1所示，本专利技术提供的任意主动相位调控电磁超表面包括衬底10，以及依次位于衬底10上的主动相位调控层11和被动相位调控层12。
[0037]在本专利技术中，主动相位调控层11的微结构单元(以下简称主动层结构)为由主动调控材料构成的圆开口谐振环结构；被动相位调控层12的微结构单元(以下简称被动层结构)为由良导体材料构成的、与主动相位调控层的微结构单元同圆心的圆开口谐振环结构。
[0038]在本专利技术中，所述衬底优选为与主动调控材料实现晶格匹配的指定晶面厚度的衬底材料；所述主动调控材料优选选自硅、石墨烯、二氧化钒和GST中的一种或多种，更优选为硅、石墨烯、二氧化钒或GST；所述良导体材料优选选自金、银、铂、铝和铜中的一种或多种，更优选为金、银、铂、铝或铜。在本专利技术最优实施例中，所述衬底为R面蓝宝石(<1012>晶面氧化铝)，所述主动调控材料为单晶硅，所述良导体材料为金；在本专利技术其他实施例中，所述衬底为氧化铝，所述主动调控材料为二氧化钒，所述良导体材料为铝或金；或，所述衬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种任意主动相位调控电磁超表面，包括：衬底；依次位于衬底上的主动相位调控层和被动相位调控层；主动相位调控层的微结构单元为由主动调控材料构成的圆开口谐振环结构；被动相位调控层的微结构单元为由良导体材料构成的、与主动相位调控层的微结构单元同圆心的圆开口谐振环结构；被动相位调控层的谐振环外径不同于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径不同于主动相位调控层的谐振环内径，且被动相位调控层的谐振环开口区域与主动相位调控层的谐振环开口区域没有重合部分。2.根据权利要求1所述的任意主动相位调控电磁超表面，其特征在于，所述衬底为与主动调控材料实现晶格匹配的指定晶面厚度的衬底材料。3.根据权利要求1所述的任意主动相位调控电磁超表面，其特征在于，所述主动调控材料选自硅、石墨烯、二氧化钒和GST中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的任意主动相位调控电磁超表面，其特征在于，所述良导体材料选自金、银、铂、铝和铜中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的任意主动相位调控电磁超表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆亚林，何泓川，黄秋萍，程浩，汪扬凯，林晓霞，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：