[发明专利]一种基于黑磷的超宽带极化可重构圆极化器

说明书

本发明公开了一种基于黑磷的超宽带极化可重构圆极化器，由在同一水平面内周期性排列的M×N个单元结构组成，所述的单元结构包括依次堆叠的保护层、黑磷层、中间介质层、全反射面层；所述的黑磷层由n层黑磷片层组成，黑磷片层与片层之间由隔离介质层隔开，所述的保护层用于防止黑磷与空气或水接触，起到保护作用。该极化器开启了基于黑磷的圆极化器的设计，黑磷超材料的各向异性，使得线‑圆极化转换成为可能；而黑磷的面内各向异性也可能对线‑圆极化转换产生影响；同时，黑磷的单层原子的厚度有利于实现圆极化器的小型化。

技术领域

本发明涉及电磁波极化器技术领域，具体涉及一种基于黑磷的超宽带极化可重构圆极化器。

背景技术

电磁波的极化转换，尤其是将线极化波转换为圆极化波在实际应用中极具重要意义。传统的极化器结构复杂，厚度较厚，十分不利于实际应用。而且效率低、带宽窄极大地限制了其应用。超材料的研究与发展使得小型化、高效率、宽带宽的极化器设计成为可能。超材料是由亚波长的结构周期或非周期排列而成的人工复合材料。通过改变单元结构的几何参数满足所需的电磁参数，进而能调控电磁波的极化状态。

不同于其他二维材料，黑磷的原子排布由于sp³杂化形成脊状的褶皱六边形蜂窝结构，这导致了其面内各向异性的电光特性。而黑磷的面内各向异性可由笛卡尔坐标系表示，其中x方向(或扶手椅方向)、y方向(或锯齿方向)分别和脊垂直、平行。与石墨烯和过渡金属硫化物相比，黑磷拥有直接带隙。二维黑磷的直接带隙由其厚度决定，单层黑磷的带隙约为2eV。黑磷会对中红外、远红外，甚至可见光波段的电磁波产生响应，使得黑磷在许多器件设计中存在潜在应用。目前尚未见有基于黑磷在极化器上的相关研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于黑磷的超宽带极化可重构圆极化器，该极化器能在宽带范围内将线极化波转换为圆极化波，而且结构简单，极化可重构。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于黑磷的超宽带极化可重构圆极化器，由在同一水平面内周期性排列的M×N个单元结构组成；所述的单元结构包括依次堆叠的保护层、黑磷层、隔离介质层、中间介质层、全反射面层；所述的黑磷层由n层黑磷片层组成，黑磷片层与片层之间由隔离介质层隔开，所述的保护层用于防止黑磷与空气或水接触，起到保护作用。

所述的单元结构，周期长度p为1-20um。

所述的黑磷层，由n层黑磷片层组成，n为1-80。

所述的黑磷片层，厚度为1nm，由四个形状相同的黑磷矩形结构按90°旋转对称形式排列而成。

所述的黑磷矩形结构，矩形的长l为0.2-15um，宽w为0.2-15um，矩形边界与单元结构的边界距离s为0.05-5um。

所述的n层黑磷片层，分为偶数层和奇数层；奇数层的黑磷片层与偶数层的黑磷片层关于45°或135°对角线对称。

所述的隔离介质层，厚度为0.01-0.05μm，介电常数为1.05-2.25。

所述的中间介质层，厚度为2-10μm，介电常数为2.25-3.5。

有益效果：本发明提供的一种基于黑磷的超宽带极化可重构圆极化器，开启了基于黑磷的圆极化器的设计，黑磷超材料的各向异性，使得线-圆极化转换成为可能；而黑磷的面内各向异性也可能对线-圆极化转换产生影响；同时，黑磷的单层原子的厚度有利于实现圆极化器的小型化。

附图说明

图1为本发明去掉保护层的三维结构示意图；

图2为本发明单元结构侧视图；

图3为本发明奇数层黑磷片层结构示意图；

图4为本发明偶数层黑磷片层结构示意图；