[发明专利]一种非对称的多功能超材料极化转换器

说明书

本发明属于超材料极化转换器领域，具体涉及一种非对称的多功能超材料极化转换器，包括从上到下依次设置的第一超表面结构层、第一介质层、第二超表面结构层、第二介质层和底层光敏硅板，所述第一超表面结构层由多个类六边形谐振器周期排列而成，所述类六边形谐振器中嵌有光敏硅块、二氧化矾块、对角二氧化矾条；第二超表面结构层由多个类六边形开口谐振器周期排列而成。本发明可以将正向和反向入射的电磁波转化为不同的极化模式，实现非对称的多功能极化转换。

技术领域

本发明属于超材料极化转换器领域，具体涉及一种非对称的多功能超材料极化转换器。

背景技术

幅度、频率、相位和极化是表征电磁波的四个重要特性，其中极化特性是电场在垂直于电磁波传播方向平面上的振动方向。有效地控制电磁波的极化方向对于电磁波的利用至关重要的。

超材料是一种可以根据实际需要来人工合成的复合材料，自从1968年科学家Veselago在理论上提出电场、磁场和波矢量服从左手关系的超材料之后，超材料得到了广泛地研究。通过巧妙地设计超材料结构参数来操控其介电常数和磁导率，因此能够广泛地应用在完美吸收器、传感器和极化转换器等领域。

2013年Chen等人设计了工作在太赫兹频段的超材料极化转换器，通过短金属线-介质-反射板的结构实现了反射式极化转换功能，同时通过金属栅-金属线-金属栅的结构实现了透射式极化转换功能。然而这样的超材料极化转换器在制作完成后仅能工作在单一的功能，因此近年来研究人员提出了许多具有多种功能的超材料极化转换器，并且能够通过二极管或者光敏开关材料对其功能进行调控。然而目前现有的多功能超材料极化转换器仅能工作在反射式或者透射式中的一种工作模式。本发明设计的一种非对称的多功能超材料极化转换器，通过采用双超表面谐振结构层的设计，并在超材料结构单元中嵌入光敏硅和二氧化钒材料，在不同的激励条件下，该超材料极化转换器能够工作在反射式或者透射式工作模式，并且当工作在透射模式时，正向入射和反向入射表现出完全不同的极化转换性能。由于本发明具有多种功能，并且能够灵活调控，使其具有广泛地应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何采用一种超材料结构实现反射式和非对称透射式的极化转换效果。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种非对称的多功能超材料极化转换器，包括从上到下依次设置的第一超表面结构层、第一介质层、第二超表面结构层、第二介质层和底层光敏硅板，所述第一超表面结构层由多个类六边形谐振器周期排列而成，所述类六边形谐振器中嵌有光敏硅块、二氧化矾块、对角二氧化矾条；第二超表面结构层由多个类六边形开口谐振器周期排列而成。

进一步，所述类六边形谐振器由一个六边形金属谐振器和一条连接在六边形金属谐振器两个对角处的对角二氧化矾条组成。

进一步，所述光敏硅块设置在类六边形谐振器中的一条不与对角二氧化矾条接触边的中间位置处；所述类六边形谐振器中嵌有两块二氧化矾块，分别设置在类六边形谐振器中的两条与对角二氧化矾条相连边的四分之一位置处，所述二氧化矾块关于类六边形谐振器中心呈中心对称分布。

进一步，所述类六边形开口谐振器由六边形二氧化矾谐振器和一条连接在六边形二氧化矾谐振器两条对边处的对边二氧化矾条组成；所述类六边形开口谐振器中对边二氧化矾条的分布方向与类六边形谐振器中对角二氧化矾条的分布方向呈十字交叉分布；所述类六边形开口谐振器中的开口设置在类六边形二氧化矾谐振器的一个角处，该角为类六边形二氧化矾谐振器中不与对边二氧化钒条相连的两条边的交角处。

进一步，所述六边形二氧化矾谐振器的大小尺寸与类六边形谐振器中的六边形金属谐振器相同；所述类六边形开口谐振器中的开口宽度与类六边形开口谐振器的线宽相同。