[发明专利]一种基于高反膜的线性位相梯度超表面结构

说明书

本发明涉及一种基于高反膜的线性位相梯度超表面结构，包括由下而上依次设置的基板(1)、高反膜(2)和超表面(3)，所述的高反膜(2)为由高折射率介质膜层H1和低折射率介质膜层L交替设置构成的介质膜堆，高反膜(2)与超表面(3)接触的一侧为低折射率介质膜层L，所述的超表面(3)采用高折射率介质膜层H2，所述的超表面(3)的一个周期由多个不同宽度的单元结构构成。与现有技术相比，本发明省略了传统厚层金属衬底，引入全介质高反膜，提高了超表面的反射率，降低了超表面的损耗，方法新颖，可以针对可见光至近红外范围内的激光波长在设计和实验上分别实现99％和98％的异常反射偏折效率。

技术领域

本发明涉及电磁波相位调控领域，尤其是涉及一种基于高反膜的线性位相梯度超表面结构。

背景技术

超表面作为二维形式的超材料，在异常偏折、偏振光学、超透镜、涡旋光学、全息成像等方面取得了重要进展。

异常偏折是调控光的基本操作，其效率的高低直接影响超表面器件的性能。同时异常偏折超表面在光谱仪、自动驾驶等领域中拥有巨大应用前景，因此提高其效率十分重要。透射式的异常偏折通过使用全介质的超表面降低反射和吸收，已经实现较高偏折效率。而反射式的异常偏折主要采用的是金属基板的方法来提高反射率，然后通过设计最外层的金属或介质超表面来实现位相梯度达到高效率的异常反射，目前所知的异常反射总效率均低于90％。由于金属在红外和可见光波段的吸收特性，导致这类超表面的效率很难提升，且不利于集成化。同时，由于介质具有高透射的特性，在可见光至红外波段，目前尚无很好的办法可以利用全介质超表面实现超越金属超表面的异常反射偏折效率。

针对以上问题，如何使用全介质超表面在减少吸收的基础上同时实现高的反射率和偏折效率是实现异常反射类超表面实用化急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于高反膜的线性位相梯度超表面结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于高反膜的线性位相梯度超表面结构，包括由下而上依次设置的基板、高反膜和超表面，所述的高反膜为由高折射率介质膜层H1和低折射率介质膜层L交替设置构成的介质膜堆，高反膜与超表面接触的一侧为低折射率介质膜层L，所述的超表面采用高折射率介质膜层H2，所述的超表面的一个周期由多个不同宽度的单元结构构成。

进一步地，所述的高反膜采用反射率大于99％的高反膜，高反膜的的高折射率介质膜层H1采用的材料为Si或TiO₂，所述的低折射率介质膜层L为SiO₂膜层。

进一步地，所述的高反膜的薄膜结构为K9|(HL)¹⁰|Air。

进一步地，所述的超表面由n个宽度不同的单元结构依次排列而成。

进一步地，超表面的单元结构的材料为Si或TiO₂，超表面的单元结构的周期p和个数n依照如下公式选择：

np＝λ/sini

式中，λ为异常反射波长，i为异常反射角度。

进一步地，超表面的单元结构的高度的选择方法为：

对超表面的单元结构的宽度进行扫描，使反射曲线的相位响应覆盖360°，利用n个周期为p的单元结构引入位相梯度实现异常偏折，n≥3，n为正整数。

进一步地，超表面的单元结构的宽度的选择方法为：

将n个单元结构的相位响应依次排列，使相位的响应成线性变化，基于此，将n个单元结构的宽度进行局部微调，使基于高反膜的线性位相梯度超表面达到最高的异常反射效率。