【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁超构材料，尤其是涉及一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面。
技术介绍
1、电磁超构材料(metamaterial)是指本身具有超出自然材料本身物理特性的等效均匀复合材料。普通材料由分子或原子组成，与普通材料相比，超构材料则由人为设计的谐振单元构成，它是一种人工设计的周期结构，能够表现出自然界介质所没有的电磁特性，如负折射、逆契伦科夫辐射、逆多普勒效应、完美透镜、隐身斗篷等。
2、理论上，通过设计不同的结构可以使得和为任意值。它的原理是通过设计一个单元结构来模拟普通材料中的分子，再将这种单元结构以特定方式排列，单元之间产生的谐振能够改变入射波的状态，因此材料整体能够表现出一些奇特的电磁特性，甚至是一些自然界物质所不具有的电磁特性，这也是“超”构材料名字的由来。
3、超构表面是超构材料的二维对应物，其厚度相对于周围空间的波长可以忽略不计。与超构材料相比，超构表面不需要复杂的三维制造技术，而且损耗也较少，成为了当下的研究的热点。
4、二氧化钒(vo2)作为一种热控相变材料，在外部热激励的驱动下，可实现从介质相到金属相的相变转换，相变过程中电导率发生5个数量级的巨大变化，其相变速率极快，仅为几十飞秒。二氧化钒的相变温度为355k，当温度高于相变温度时，vo2将从绝缘态向金属态发生转变，同时伴随着电导率的急剧上升。图形化的vo2结合人工微结构的复合设计可通过控制vo2的电导率调节微结构在太赫兹波下的谐振模式，从而实现对太赫兹波的幅度和相位调控。
5、连续域束缚态(
6、实现光学bic主要有两种方法，一种是基于对称不相容原理诱导的辐射抑制，另一种是由于系统参数连续可调而导致与辐射连续谱的意外解耦。在实际应用中，前者在实现连续域束缚态中被广泛应用，这类光学bic也被称为受对称性保护的bic，当系统的对称性被打破时，导致辐射泄漏，对称保护的bic泄漏为准bic(q-bic)，是一种具有有限品质因子的共振态，与连续频谱中的其他共振态相比，bic的高品质因数使其在光学和光子学领域有很广阔的应用前景，对实际器件的研制有着重大意义。
7、现有技术中，大多数的成像超构表面仍难以实现图像的动态显示，一旦超表面的结构确定，就只能对应静态图像，无法按照需求进行实时控制，极大的限制了束缚态超构表面的应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，利用二氧化钒随温度改变，从介质相到金属相的相变转换特性，同时运用fpga对阵列结构的每个单元进行单独控制，从而实现对任意二维图像的动态显示。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，包括介质衬底和设置于介质衬底上表面的金属阵列结构，所述金属阵列结构包括阵列设置的金图案层，所述金图案层上嵌入设置有若干二氧化钒图案层，所述金图案层的几何形状为矩形、十字、方形开口环和带孔的圆盘中的一种或多种，所述二氧化钒图案层的几何形状为矩形块、椭圆和圆中的一种。
3、优选的，所述金图案层的几何形状为方形开口环，所述二氧化钒图案层分别嵌入在所述金图案层下边长的中心点和上边长距离中心线右侧距离为d的位置处，所述二氧化钒的宽度为g，其中，d为不对称因子。
4、优选的，所述二氧化钒图案层为相变材料，其相对介电常数用drude模型表示，即：
5、
6、其中，ε∞为无限频率处的金属介电常数，γ＝5.75×1013rad/s，σ为二氧化钒的电导率，ω为电磁波的角频率，等离子体频率
7、σ0＝3×103ω-1cm-1，ωp(σ0)＝1.4×1015s/m；
8、通过外部温度激励改变二氧化钒图案层的电导率，实现二氧化钒图案层从介质相到金属相的可逆相变过程，用于连续域束缚态和准连续域束缚态的动态可调，其中，外部温度的调控通过fpga施加dc偏置电流实现。
9、优选的，通过对fpga的程序进行设定，调节dc偏置电流的输出，从而实现动态显示，具体为：
10、当fpga输出小电流时，二氧化钒处于绝缘态，周期阵列为非对称性结构，超表面激发准连续域束缚态，显示效果为暗斑；
11、当fpga输出大电流时，二氧化钒处于金属态，周期阵列为对称性结构，超表面激发连续域束缚态，显示效果为亮斑。
12、优选的，所述介质衬底的材质为聚酰亚胺，其复合介电常数εp＝2.93+0.044i。
13、优选的，所述金图案层的电导率为4.56×107s/m。
14、为实现上述目的，本专利技术还提供了温控双通道束缚态超构表面在动态显示成像中的应用。
15、优选的，包括以下步骤：
16、s1、设计金属阵列结构的几何形状和空间分布，形成束缚态超构表面；
17、s2、控制fpga输出对应的电压偏置，二氧化钒图案层随度改变发生相变，形成对称单元和不对称单元；
18、s3、电磁波入射光照射至束缚态超构表面，激发出bic和d-bic，透射谱对应输出暗态和亮态，实现动态显示。
19、优选的，所述电磁波入射光为线偏振光、左旋偏振光和右旋偏振光中的一种。
20、因此，本专利技术采用上述一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，有益效果如下：
21、本专利技术采用束缚态超构表面基本单元排列成周期性二维阵列，利用二氧化钒图案层在温度改变下发生相变的特性，打破了方形结构的对称性，从而使得模式发生泄漏，超构表面的bic模式转化为d-bic模式，从而实现了透射谱的暗态到亮态的转变，最终实现了图像的动态显示，解决了传统超表面成像单一的问题，拓展了束缚态超构表面的应用前景。
22、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，其特征在于，包括介质衬底和设置于介质衬底上表面的金属阵列结构，所述金属阵列结构包括阵列设置的金图案层，所述金图案层上嵌入设置有若干二氧化钒图案层，所述金图案层的几何形状为矩形、十字、方形开口环和带孔的圆盘中的一种或多种，所述二氧化钒图案层的几何形状为矩形块、椭圆和圆中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，其特征在于：所述金图案层的几何形状为方形开口环，所述二氧化钒图案层分别嵌入在所述金图案层下边长的中心点和上边长距离中心线右侧距离为d的位置处，所述二氧化钒的宽度为g，其中，d为不对称因子。
3.根据权利要求2所述的一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，其特征在于：所述二氧化钒图案层为相变材料，其相对介电常数用Drude模型表示，即：
4.根据权利要求3所述的一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，其特征在于：通过对FPGA的程序进行设定，调节DC偏置电流的输出，从而实现动态显示，具体为：
5.根据权利要求1所述的一种面向
6.根据权利要求1所述的一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，其特征在于：所述金图案层的电导率为4.56×107S/m。
7.一种如权利要求1-6所述的面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面在动态显示成像中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述电磁波入射光为线偏振光、左旋偏振光和右旋偏振光中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，其特征在于，包括介质衬底和设置于介质衬底上表面的金属阵列结构，所述金属阵列结构包括阵列设置的金图案层，所述金图案层上嵌入设置有若干二氧化钒图案层，所述金图案层的几何形状为矩形、十字、方形开口环和带孔的圆盘中的一种或多种，所述二氧化钒图案层的几何形状为矩形块、椭圆和圆中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，其特征在于：所述金图案层的几何形状为方形开口环，所述二氧化钒图案层分别嵌入在所述金图案层下边长的中心点和上边长距离中心线右侧距离为d的位置处，所述二氧化钒的宽度为g，其中，d为不对称因子。
3.根据权利要求2所述的一种面向动态显示应用的温控双通道束缚态超构表面，其特征在于：所述二氧化钒图案层为相变材料，其相对介电常数用drude模型表示，即：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：史金辉，唐华伟，王浩宇，彭俊天，万顺，朱正，李玉祥，李汶佳，吕博，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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