[发明专利]偏振不敏感的相位梯度超表面

说明书

技术领域

本发明涉及微波领域，特别涉及一种基于材料的偏振不敏感的相位梯 度超表面。

背景技术

相位梯度超表面是一种具有亚波长厚度并能够调控电磁波传播特性的 平面结构超材料。相位梯度超表面可将入射电磁波耦合为伪表面波或使入 射电磁波产生异常反射，在电磁隐身技术中具有重要的应用价值。伪表面 波本质上就是类似于表面等离子体激元(SurfacePlasmonPolaritons, SPPs)独特现象，通常也称为伪SPPs。SPPs是指导体介质界面产生的电荷 集体震荡现象。当电磁波作用到导体-介质界面时，导体中的自由电子与电 磁波相互作用，导致自由电子浓度涨落，当入射电磁波的频率与自由电子 的集体震荡频率一致时，便产生了强烈限制在金属表面传播、在垂直于表 明的方向上能量急剧衰减的具有独特性质的SPPs。通常将垂直入射到超材 料表面上的电磁波转换成类似于伪SPPs的器件或结构称为表面波耦合器 (surfacewavecoupler)，它在高分辨率频谱成像、高数据速率短距离 通信、材料分析、化学和生物传感以及电磁隐身等领域具有巨大的应用潜 力。当前设计的基于相位梯度超表面的表面波耦合器对电磁波的偏振敏感 的。也就是说设计的超表明只对特定偏振方向的电磁波耦合成表面波，当 入射电磁波偏振方向发生改变时，其作用就减弱或消失了。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对电磁波偏 振不敏感，效率高的偏振不敏感的相位梯度超表面。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，具有这样的特征，包括： 表层金属膜，由至少一个超单元结构均匀排列成平面阵列构成；介质基板， 与表层金属膜相贴合；以及金属背板，与介质基板相贴合，其中，超单元 结构由九个小单元构成，呈3×3超表面，九个小单元中包含有三种不同几 何参数结构，三种不同几何参数结构组合在一个超单元结构中形成固定的 相位梯度，超单元结构的三种不同几何参数结构为周期图案阵列，几何参 数结构中间具有十字型开缝。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征：其 中，几何参数结构为椭圆形、长方形、三角形、菱形等规则周期性结构。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征：其 中，相邻超单元结构之间的相位差为固定的常数。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征：其 中，几何参数结构的边长分别为p_x和p_y，表层金属膜和金属背板的厚度为 t_m。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征：其 中，十字型开缝的边长为l₁，十字型开缝的边宽为l₂，十字型开缝的外弧 形半径为R_i，十字型开缝的缝隙宽度为g。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征：其 中，介质基板的厚度为t_s。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征：其 中，p_x的范围为5mm～50mm，p_y的范围为5mm～50mm，t_m的范围为0.01mm～ 0.1mm。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征：其 中，l₁的范围为5mm～50mm，l₂的范围为2.5mm～25mm，R_i的范围为3mm～ 30mm，g的范围为0.05mm～2mm。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征：其 中，t_s的范围为1mm～15mm。

本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征： 其中，表层金属膜和金属背板通过印刷电路板工艺焊接在介质基板。

发明作用和效果

根据本发明所涉及的偏振不敏感的相位梯度超表面，能将入射到超表 面结构上的传输波高效的转换成耦合的伪表面波，能够应用于微波或光波 波导器件、以及电磁波传输调制器件，有望在通信、电磁隐身等领域产生 广泛的应用，在环境科学、信息、国家安全及基础物理研究领域有着广阔 的应用价值，将会带来巨大社会经济效应。

附图说明