【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线和新型人工电磁超材料，特别是一种基于vo2(二氧化钒)的自旋解耦多功能编码超表面。
技术介绍
1、超材料是由有效介质理论描述的折射率为负数的人工材料，超表面是一种二维等效的超材料，与三维块体超材料相比，超表面的厚度相对于工作波长可以忽略不计，因此占用的物理空间更小，插入损耗更低。超表面由于其独特的电磁特性而得到了迅速的发展，被广泛用于操纵电磁波。
2、由于pb相位(pancharatnam–berry phase)的固有特性，pb相位编码超表面只能为lcp(左旋圆偏振光)和rcp(右旋圆偏振光)电磁波提供完全相反的空间相位，而不能为lcp和rcp两种手性电磁波提供完全独立的相位。因此如何完全独立地控制两种不同手性电磁波是亟待研究的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种结构简单、容易实现的基于vo2的自旋解耦多功能编码超表面，并且能够对左旋圆极化、右旋圆极化和线极化电磁波的反射幅度和相位进行独立调控。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于vo2的自旋解耦多功能编码超表面，该多功能编码超表面由多个超表面单元周期排列构成，每个超表面单元的左下角为原点o、向右为x轴正向、竖直向上为y轴正向；平行于y轴且过超表面单元中心点的直线，以中心点为旋转点逆时针旋转角度alpha1、alpha2后所得直线，分别定义为第一中轴线、第二中轴线，其中alpha1＞alpha2；
3、每个超表面单元从顶层到底层依次是vo2与金复
4、所述第一扇环形金贴片和第二扇环形金贴片结构尺寸相同，所述金贴片为中心对称图形且关于第一中轴线左右对称；所述圆形vo2贴片中间开设与金贴片尺寸相同的空缺，金贴片嵌于该空缺中。
5、进一步地，所述金贴片的单元相位设计存在以下关系：
6、
7、式中，φ是金贴片的旋转取向角，是右旋圆极化相位，是左旋圆极化相位，是x偏振的反射相位，是y偏振的反射相位；
8、传播相位取决于第一扇环形金贴片、长方形金贴片和第二扇环形金贴片的大小；
9、几何相位取决于金贴片的倾斜角度alpha1。
10、进一步地，所述vo2贴片的单元相位设计满足下式：
11、
12、式中，是超表面单元的相位，x、y是指超表面单元的位置坐标，f是焦平面上焦点的焦距，dx、dy是指焦点在焦平面的位置坐标。
13、进一步地，所述多功能编码超表面由16×16个超表面单元周期排列构成；
14、通过改变传播相位和几何相位来构建左旋圆极化波和右旋圆极化波的2bit编码单元元素库，以00(0°)、01(90°)、10(180°)、11(270°)命名，并用cl和cr来区分左旋圆极化和右旋圆极化相位；
15、通过改变c形vo2贴片的开口方向和开口大小来调控线极化入射电磁波的相位和幅度，构建3bit编码单元元素库，以0(0°)、1(45°)、2(90°)、3(135°)、4(180°)、5(225°)、6(270°)、7(315°)命名；
16、依据相位梯度编码，在2bit编码元素库和3bit编码元素库中选取编码单元，将包含16×16个超表面单元的vo2与金复合贴片进行排列，实现波束散射，拓扑荷数为1的涡旋和聚焦的功能，能够对左旋圆极化、右旋圆极化和线极化入射电磁波实现独立操控。
17、进一步地，所述的超表面单元的结构周期为100μm。
18、进一步地，所述vo2与金复合贴片的厚度为0.2μm。
19、进一步地，所述vo2贴片在温度低于68摄氏度时电导率为20s/m，为绝缘态；在温度高于68摄氏度时电导率为200000s/m，为金属态。
20、进一步地，温度低于68摄氏度时，超表面单元由金贴片单独发挥作用，温度高于68摄氏度时，超表面单元由vo2与金复合贴片发挥作用。
21、进一步地，所述介质基板采用聚四氟乙烯，厚度为30μm，介质基板的介电常数为3.5，损耗角正切为0.0027。
22、进一步地，所述全金接地平面为正方形结构，边长为100μm，厚度为0.2μm，电导率为4.561e+007s/m，能实现全反射。
23、本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)仅通过调整金贴片的传播相位和几何相位，就可以对入射的1.2thz圆极化波进行自旋解耦，实现对左旋圆极化和右旋圆极化波的独立操控；(2)通过在贴片中引入vo2材料，调整c型vo2贴片的开口方向和开口大小，可以对入射的0.8thz线极化波进行反射相位和幅度的有效调控；(3)不改变单元排布的情况下，同一个超表面在不同的入射方式和不同的入射频率下能够实现不同的功能。
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1.一种基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，该多功能编码超表面由多个超表面单元周期排列构成，每个超表面单元的左下角为原点O、向右为X轴正向、竖直向上为Y轴正向；平行于Y轴且过超表面单元中心点的直线，以中心点为旋转点逆时针旋转角度alpha1、alpha2后所得直线，分别定义为第一中轴线、第二中轴线，其中alpha1＞alpha2；
2.根据权利要求1所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述金贴片(11)的单元相位设计存在以下关系：
3.根据权利要求1所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述VO2贴片(12)的单元相位设计满足下式：
4.根据权利要求1、2或3所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述多功能编码超表面由16×16个超表面单元周期排列构成；
5.根据权利要求4所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述的超表面单元的结构周期为100μm。
6.根据权利要求4所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述VO2
7.根据权利要求4所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述VO2贴片(12)在温度低于68摄氏度时电导率为20S/m，为绝缘态；在温度高于68摄氏度时电导率为200000S/m，为金属态。
8.根据权利要求4所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，温度低于68摄氏度时，超表面单元由金贴片(11)单独发挥作用，温度高于68摄氏度时，超表面单元由VO2与金复合贴片(1)发挥作用。
9.根据权利要求4所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述介质基板(2)采用聚四氟乙烯，厚度为30μm，介质基板(2)的介电常数为3.5，损耗角正切为0.0027。
10.根据权利要求4所述的基于VO2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述全金接地平面(3)为正方形结构，边长为100μm，厚度为0.2μm，电导率为4.561e+007S/m，能实现全反射。
...【技术特征摘要】
1.一种基于vo2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，该多功能编码超表面由多个超表面单元周期排列构成，每个超表面单元的左下角为原点o、向右为x轴正向、竖直向上为y轴正向；平行于y轴且过超表面单元中心点的直线，以中心点为旋转点逆时针旋转角度alpha1、alpha2后所得直线，分别定义为第一中轴线、第二中轴线，其中alpha1＞alpha2；
2.根据权利要求1所述的基于vo2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述金贴片(11)的单元相位设计存在以下关系：
3.根据权利要求1所述的基于vo2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述vo2贴片(12)的单元相位设计满足下式：
4.根据权利要求1、2或3所述的基于vo2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述多功能编码超表面由16×16个超表面单元周期排列构成；
5.根据权利要求4所述的基于vo2的自旋解耦多功能编码超表面，其特征在于，所述的超表面单元的结构周期为100μm。
6.根据权利要求4所述的基于vo...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐娟，颜雨欣，宋秋艳，宋瑞龙，任鸿飞，费庭铺，田颂，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：
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