[发明专利]一种基于超表面结构的极化单元、极化转换器和制备方法

权利要求书

1.一种基于超表面结构的极化单元，其特征在于，包括一层介质层(1)、镀印于介质层(1)正面用于实现双频带极化转换的金属转换层以及位于介质层(1)背面的金属反射层(2)；

所述金属转换层包括第一金属结构层(3)和第二金属结构层(4)，所述第一金属结构层(3)嵌套于第二金属结构层(4)内，所述第一金属结构层(3)为十字形，所述第二金属结构层(4)为十字环形，所述第二金属结构层(4)与第一金属结构层(3)的间距相等，所述第一金属结构层(3)和第二金属结构层(4)的对称轴为所述介质层(1)的对角线。

2.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的极化单元，其特征在于，所述金属转换层的材料是金、银、铝和铜四种中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的极化单元，其特征在于，所述介质层(1)的材料是聚酰亚胺、硅和石英三种中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的极化单元，其特征在于，所述极化单元的周期长度为110μm～130μm，所述介质层(1)的厚度为30μm～60μm，所述金属转换层和所述金属反射层(2)的厚度为100nm～300nm。

5.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的极化单元，其特征在于，所述第一金属结构层(3)包括一个沿x轴或y轴倾斜45度的第一长矩形和一个沿x轴或y轴倾斜45度的第一短矩形，所述第一长矩形与所述第一短矩形相互垂直且相互平分；

所述第一长矩形的长度为100μm～120μm，宽度为24μm～28μm；

所述第一短矩形的长度为40μm～80μm，宽度为24μm～28μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的极化单元，其特征在于，所述第二金属结构层(4)包括第一十字形结构层和第二十字形结构层；

所述第一十字形结构层包括一个沿x轴或y轴倾斜45度的第二长矩形和一个沿x轴或y轴倾斜45度的第二短矩形，所述第二长矩形与所述第二短矩形相互垂直且相互平分；

所述第二十字形结构层包括一个沿x轴或y轴倾斜45度的第三长矩形和一个沿x轴或y轴倾斜45度的第三短矩形，所述第三长矩形与所述第三短矩形相互垂直且相互平分；

所述第一十字形结构层位于所述第二十字形结构层内，所述第二十字形结构层在所述介质层(1)上的面积减去所述第一十字形结构层在所述介质层(1)上的面积确定所述第二金属结构层(4)在所述介质层(1)的面积。

7.根据权利要求6所述的一种基于超表面结构的极化单元，其特征在于，所述第二长矩形的长度方向上与所述第一金属结构层(3)的长度方向上的距离为4μm～7μm，所述第二长矩形的宽度方向上与所述第一金属结构层(3)的宽度方向上的距离为1μm～3μm，所述第二短矩形的长度方向上与所述第一金属结构层(3)的长度方向上的距离为9μm～11μm，所述第二短矩形的宽度方向上与所述第一金属结构层(3)的宽度方向上的距离为1μm～3μm；

所述第三长矩形的宽度边界距离与所述第一金属结构层(3)的距离为9μm～11μm，所述第三短矩形的宽度边界距离与所述第一金属结构层(3)的距离为4μm～6μm。

8.根据权利要求7所述的一种基于超表面结构的极化单元，其特征在于，所述第二十字形结构层和所述第一十字形结构层长度方向上的间距相等，所述第二十字形结构层和所述第一十字形结构层宽度方向上的间距相等。

9.一种基于超表面结构的双频带极化转换器，包括权利要求1至8任一项所述的一种极化单元，其特征在于，多个所述极化单元按周期性排列在垂直于太赫兹波入射平面上构成所述双频带极化转换器。

10.一种基于超表面结构的双频带极化转换器的制备方法，包括权利要求9所述的一种基于超表面结构的双频带极化转换器，其特征在于，包括：

第一步，光刻掩模版清洗：先将光刻掩模版放入含有丙酮的超声清洗仪中清洗，然后将其放入无水乙醇中浸泡，使用去离子水清洗光刻掩模版，最后使用氮气枪吹干光刻掩模版；

第二步，介质层清洗：使用丙酮和酒精把介质层清洗干净；

第三步，镀金：利用磁控溅射机将厚度为300nm的金和10nm的钛镀在介质层薄膜的两侧；

第四步，涂胶与前烘：先将镀金后光刻掩模版的放置于匀胶机上进行匀胶，然后对匀胶后的光刻掩模版进行前烘；

第五步，曝光显影：利用光刻机对光刻掩模版进行曝光光刻，然后使用显影液对光刻掩模版进行显影；

第六步，刻蚀：利用离子束刻蚀机对厚度为300nm的镀金层进行刻蚀，获得金属转换层；

第七步，去胶：将刻蚀完后的光刻掩模版至于丙酮溶液中浸泡，然后使用等离子去胶机去除光刻掩模版表面的光刻胶，最后使用去离子水清洗光刻掩模版并风干。