[发明专利]一种新型错位超材料编码方式

说明书

本发明公开一种新型错位超材料编码方式，在二维平面上的任一个方向上引入有周期的相位梯度变化编码序列，而在另一个方向对上一行或前一列的编码序列进行平移。本发明不仅将分束所对应的周期长度延伸到了非整数部分，使得分束角度自由度大大增加；还可以为设计更多数量光束提供了很好的思路指导，对于减少RCS和更灵活地调控太赫兹波有着十分重大的意义。

技术领域

本发明属于太赫兹超材料领域，具体涉及一种实现超材料特定功能的新型错位编码方式。

背景技术

在电磁波谱上，一般将频率在0.1-10THz之间的电磁波称作太赫兹波，它位于红外与微波之间。由于太赫兹波所处的特殊频谱位置，使它有着很多独特的性质，因此它在生物医学、天文学、安防、成像、通讯等各个领域都有着十分重要的研究价值。也正是因为太赫兹波所具有的重大潜力，使得近些年来成为世界范围的研究热点。其中分束器作为操控太赫兹波的重要器件，更灵活、更高自由度的分束器的设计也变得越来越重要。

但是因为在太赫兹波段缺少适合的天然材料满足所需要的电磁响应，因此人们往往采用电磁超材料(Metamaterial)来对太赫兹波进行操控，用相对宏观的尺寸单元代替了天然材料的原子、分子尺寸单元，以达到预期的电磁响应，突破了天然材料的电磁响应极限。因为其特殊的电磁特性，在化学、物理、信息、材料等前沿领域受到了广泛的关注。在2014年崔铁军等人在微波波段提出了编码超材料的概念，将相对相位差为180°的两个单元分别作为“0”单元和“1”单元，用数字编码的方式简化了单元的设计，进而可以实现更灵活的电磁波调控。后续工作将编码超材料的应用从微波波段拓展到了光波段和太赫兹波段。编码超材料具有设计简单、成本低廉、易于加工等优点，在提升天线性能、减少雷达散射截面(RCS)等方面都有着重要的应用前景。

编码超材料的分束原理可以用广义斯涅尔定律进行解释，在同一工作频率下，分束角度主要取决于所选取的单元周期长度。在基于编码理论设计具有分束功能的超材料时，常规的编码方式是在二维超材料的x、y两个坐标轴方向上的相邻单元间各自引入固定的相位梯度差，且整体表面为周期性排列结构。其中为了获得更高的分束自由度往往采用引入高阶编码或者将若干个子单元重复排列形成N*N的超单元来改变单元周期，进而改变分束角度。

这种常规的编码排列方式限制了分束设计的自由度，分束角度对应的单元周期对于同一固定子单元仅可为该单元边长的整数倍。设计分束的数量目前大多为两个和四个，十分有限。因此常规的编码方式对于高自由度的分束器以及RCS减少的设计有着很大的局限性，急需得到解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型错位超材料编码方式，通过改变常规的沿两个坐标轴方向上引入固定相位差的编码方式，解决了现有的利用常规编码方式所设计的分束结构分束自由度较低的问题。

本发明的技术方案是：一种新型错位超材料编码方式，在二维平面上的任一个方向上引入有周期的相位梯度变化编码序列，而在另一个方向对上一行或前一列的编码序列进行平移。

优选的，所述周期长度延伸到非整数部分。

优选的，增加分束的角度自由度。

优选的，分束数量的自由度增加至8个。

本发明的有益效果是：

1.极大地丰富了编码超材料的编码设计方式，为设计更灵活、自由度更高的分束器提供了新的思路。

2.本发明不仅将分束所对应的周期长度延伸到了非整数部分，使得分束角度自由度大大增加。

3.这种新型错位编码方式还可以为设计更多数量光束提供了很好的思路指导，对于减少RCS和更灵活地调控太赫兹波有着十分重大的意义。

附图说明