[发明专利]一种水基夹层超表面可调相干吸波体

说明书

本发明公开了一种水基夹层超表面可调相干吸波体，是一种新型结构，解决了用低成本材料实现相干吸收峰的频率和幅度的实时动态调整及对不同极化状态下入射相干波束的吸收通道规律性的调控。微单元周期排列构成水基夹层超表面可调相干吸波体的整体结构，微单元是两侧蚀刻有双开口分裂谐振环金属图案PCB基板和水中间介质层共同组成的三明治夹层结构，水层和基板长和宽等大。通过调整两侧谐振环的开口相对朝向，实现对不同极化状态下的入射相干波吸收通道的完全重合和分离，在频率滤波和偏振选择透过性具有重要应用价值，改变水温和入射相干波束的相位差可对其吸波特性如吸收频点和吸收率进行实时动态调控，提高了相干吸波体的可调控能力。

技术领域

本发明属于电磁波技术领域，主要涉及新型人工电磁材料以及电磁波调控，具体是一种水基夹层超表面可调相干吸波体的新型结构，可用于全光开关、主控隐身、电磁调制等方面。

技术背景

相干完美吸波体强大的动态可调控能力使其在全光开关、电磁调制、探测器、传感器、主控隐身等方面有着重要的研究和应用价值。它与熟知的激光器具有时间反演对称关系，相干吸波利用两束相向对称入射的相干光之间的干涉作用能够实现对电磁波能量的完全吸收。2010年，Y.D.Chong最初设计的相干完美吸波体是在简单的硅基板上实现的，通过在其中添加精确的耗散量而在离散频率下实现单色相干光束的完美吸收效果。2013年美国南安普顿大学物理科学与工程学院的Roman Bruck和Otto L.Muskens等人对一种硅波导上的等离子体纳米天线结构作为完美相干吸波体在全光开关和调制器上的应用进行研究。2016年Weiren Zhu和Fajun Xiao等人提出了一种单层渔网结构的全介质完美相干吸波体，通过改变相位差可以实现吸波率从0.38％到99.85％的动态调控。2018年欧阳征标等人提出一种用于红外多波段相干光吸收的超表面，实现了同时多频段下的相干波吸收。2019年王然等人提出一种完美吸收体的制备方法及完美吸收体，通过合理优化超表面阵列结构参数，使得在所述预设的周期性超表面阵列结构内相邻的结构单元产生振幅相等、相位相反的模式分布，最终在远场获得相干相消效果。2019年X JIND等人基于石墨烯材料提出了单层和多层的频率可调相干完美吸波体，其得益于石墨烯的电导率可以通过外加偏置电路调整费米能级来改变，实现了对相干吸收峰频率的动态可调控。

相干完美吸波体的概念自被提出以来，具备吸收峰强度可调性的相干完美吸波体为传统电磁吸波体的可调谐性研究提供了一种全新的解决思路，即通过调整两束相干光之间的相位差的方式实现对吸收强度动态调控。在研究过程中，本申请的发明人注意到现有的大部分相干吸波体都只能在固定的吸收峰频率下实现对吸收率的可调，缺乏对吸收峰频率的实时调整，亦或是利用石墨烯等材料制造而成的搭载偏置电路的可调相干完美吸波体，但是生产工艺不成熟，制造成本高昂，结构复杂，需要配置专门的控制电路，亦或是采用液体金属棒的机械调控的方式，但是实际操作复杂，精度不高。另一方面，已有相关文献的研究缺乏对相干波束在不同极化状态下的吸收性能进行区分和利用，这限制了相干完美吸波体在频率滤波和偏振选择透过性等方面的应用。

现有的可调的相干完美吸波体或采用电磁参数可调的石墨烯材料或利用机械调控的方法进行吸收峰频率的调控，整体结构复杂，成本高昂，操作繁琐且调控精度不高。现有的相干完美吸波体针对不同极化状态下入射的相干波束的吸收性能缺少区分和利用，即多数相干吸波体对不同极化状态下的入射相干波束的吸收通道是重合的或是无规则的分开。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种兼具控制水温来实时调控相干吸收峰频率和幅度以及改变双开口分裂环的相对开口朝向来实现对不同极化状态下入射相干波束的吸收通道进行规律性调控的成本低廉、操作便捷、制作简单的水基夹层超表面可调相干吸波体。