[发明专利]在三维方向上自旋角动量偏转的石墨烯超表面构建方法

权利要求书

1.一种在三维方向上自旋角动量偏转的石墨烯超表面构建方法，应用于计算机装置中，其特征在于，该方法包括如下步骤：

构建一个石墨烯反射单元，该石墨烯反射单元包括最上层的石墨烯贴片、中间层的石英介质板以及底层的金属地板，所述石墨烯贴片设置在石英介质板的上表面，且石墨烯贴片的长边与三维空间坐标轴X轴之间的旋转角度为θ，金属地板设置在石英介质板的下表面，其中，旋转角度θ为-90°～90°范围内任意角度；

输入待构建的石墨烯超表面所需的石墨烯反射单元的数量以及所有墨烯反射单元的排列位置；

计算待构建的石墨烯超表面各个位置处的相位分布来确定构成石墨烯超表面的每个石墨烯单元上石墨烯贴片的旋转角度θ，所述待构建的石墨烯超表面各个位置处的反射相位分布通过下式进行计算：

Φ(x,y)＝Φ₀(x,y)-k₀sinθ'(xcosγ+ysinγ)，其中θ＝Φ(x,y)/2

式中，Φ(x,y)为石墨烯反射单元的反射相位，k₀为自由空间中的波数，Φ₀(x,y)为石墨烯反射单元的初始相位，θ′为电磁波在二维方向上的投影与X轴的夹角，x和y分别为每一石墨烯反射单元的位置坐标中的横坐标、纵坐标，θ为每个石墨烯贴片在石墨烯单元上的旋转角，γ为电磁波在三维方向上与Z轴的夹角；

按照待构建的石墨烯超表面的所有石墨烯单元的排列位置将所有石墨烯单元组合成石墨烯超表面。

2.如权利要求1所述的在三维方向上自旋角动量偏转的石墨烯超表面构建方法，其特征在于，所述构建一个在三维方向上自旋角动量偏转的石墨烯反射单元的步骤包括如下具体步骤：

确定石墨烯反射单元的三层组成结构；

计算石墨烯贴片的电导率；

利用PB相位法计算石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度；

输入初始尺寸参数至HFSS仿真软件中建立石墨烯反射单元的仿真模型；

对石墨烯反射单元的仿真模型进行仿真分析得到仿真分析结果；

利用仿真分析结果得出石墨烯反射单元的实际尺寸参数；

按照石墨烯反射单元的实际尺寸参数以及石墨烯贴片设置在石英介质板上表面的旋转角度构建所述在三维方向上自旋角动量偏转的石墨烯超表面。

3.如权利要求2所述的在三维方向上自旋角动量偏转的石墨烯超表面构建方法，其特征在于，所述石墨烯反射单元由三层结构组成的长方体结构，所述石墨烯贴片为矩形，所述石英介质板和金属地板均为一种上下表面均为正方形的长方体结构，所述石墨烯贴片的中心点与石英介质板的中心点重合。

4.如权利要求1所述的在三维方向上自旋角动量偏转的石墨烯超表面构建方法，其特征在于，自由空间中的波数k₀可以由下式计算：

k₀＝2π/(c/f)

公式中，k₀为自由空间中的波数，π＝3.14，光速c＝3e8，f为电磁波的频率。

5.如权利要求2所述的在三维方向上自旋角动量偏转的石墨烯超表面构建方法，其特征在于，所述石墨烯贴片在小于10THz的低太赫兹频段内的电导率由带内电导率σ_intra决定，并由下式计算：

在公式(1)中，e为单位电荷，k_B为波尔兹曼常数，是约化普朗克常数，T是室温，Γ是石墨烯散射率，τ是弛豫时间，ω是角频率，μ_c为化学势，其中室温T为300K，化学势μ_c＝0.64eV，弛豫时间τ＝14.6ps，石墨烯散射率取Γ＝1/(2τ)。