[实用新型]波束调控装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电磁波技术领域，特别涉及一种波束调控装置。

背景技术

波束调控是人们超控电磁波的一个非常重要手段。波束调控装置对于器件应用非常重要。波束调控的范畴包含电磁波的聚焦、发散、波分复用、波束偏转、波束模式转换等等。透镜是实现对电磁波的聚焦和发散的基本器件，在光波段和微波段均有广泛的应用。波分复用、波束偏转、波束模式可以通过特殊的光栅实现。这些器件应用到的基本物理原理就是费马原理。

电磁波在介质中传播时遵循费马原理，即光波从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播。更普适的表述为稳定相位理论，即光波沿不同路径从A点传播到B点时，沿传播路径的相位累加的一阶导数必须是零。费马原理是光学中的一条重要原理，由此原理可证明反射和折射定律，以及傍轴条件下透镜的等光程性等。同时也告诉我们，通过对光波的相位调控，可以实现对光波波束的控制，例如波束偏转，波束整形等等。

传统方法一般利用介质的时延来调控位相，电磁波在介质中传播的时延会引入对出射波的相位的改变。通过对介质厚度的分布或者传播路径的长短可以改变沿不同路径的电磁波相位分布，从而实现对波束调控的目的。例如透镜是通过设计特殊形状的玻璃来调控位相，当光通过不同位置时，由于介质厚度是位置的函数，因此时延和位相可以被精确控制，波束可以被发散，聚焦。但是电磁波在介质中传播时相位是缓变的，因此要波束调控装置的厚度一般远大于波长，并且波束调控效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种利用多层金属谐振结构来实现高效率波束调控装置，用以解决现有技术中波束控制装置厚度大并且调控效率低的问题。

本实用新型的技术方案提供了一种波束调控装置，包括交替设置的金属层和介质层，其中，

所述金属层的厚度小于工作波长的三分之一，所述介质层的厚度小于工作波长的二分之一，所述金属层的层数应大于相位调控范围与π的比值，所述介质层的层数与所述金属层的层数的差值不大于1，且所述金属层和所述介质层交替叠加的总厚度不超过两个波长；所述的金属层上具有至少一个超原胞，每个超原胞包括少于20×20个的金属谐振单元，且每一个金属谐振单元在平面内的尺寸小于一个工作波长。

进一步地，所述金属层为2～8层，与金属层交替设置的介质层的层数为1～9层。当工作波长为30mm时，所述金属层为3层，所述的介质层为2层。

进一步地，所述金属层为任何金属材料。

进一步地，所述介质层为普通电介质，或者为介电常数或者磁导率可调的介质。所述普通介质为：微波波段的印刷电路板、氧化硅或者氧化铝陶瓷；所述介电常数或者磁导率可调的介质为：铁氧体、铁电介质、铁磁介质或者非线性介质。

进一步地，所述金属谐振单元的形状为金属层上镂空的圆环孔、方环孔、椭圆环孔、圆孔、方孔、三角孔、Y形孔或椭圆孔，或者为金属圆片、方形片或椭圆片，或者为分形结构。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型利用金属谐振单元来调控相位，从而实现波束调控，因此厚度超薄。利用多层金属结构的局域共振模式近场耦合产生宽频带，高效率的相位控制，从而实现高效率的波束调控。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本实用新型的波束调控装置的金属层结构图；

图2为本实用新型的波束调控装置的横剖面结构图；

图3为本实用新型的波束调控装置的金属谐振单元的透过率和相位；

图4为电磁波入射到本实用新型的波束调控装置的样品表面前后的远场方向图仿真计算和测量结果：(a)为FDTD仿真结果，(b)为实验测量结果

图中：1-金属层，2-金属谐振单元，3-超原胞，4-介质层

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步描述。

本实用新型的一种波束调控装置，包括：交替设置的金属层和介质层，其中，