[发明专利]一种可重构的光学透明基本单元及超表面

说明书

本发明公开了一种可重构的光学透明基本单元及超表面，所述基本单元包括依次设置的ITO结构表层、中间介质板层以及ITO接地层；ITO结构表层包括附于中间介质板层表面上的第一矩形半环贴片、第二矩形半环贴片、第一ITO导线以及第二ITO导线；第一矩形半环贴片与第二矩形半环贴片互相对称设置，两者均包括一对自由端，其中一对自由端通过变容二极管相连；第一ITO导线与第一矩形半环贴片的外边框相接，第二ITO导线与第二矩形半环贴片的外边框相接。本发明采用嵌入了变容二极管的超表面，通过调控二极管的电容值，实现对散射场的反射幅度以及波束指向角度的调控；并在超表面下方集成了太阳能电池，从而实现了对超表面的自主供电。

技术领域

本发明涉及新型人工电磁材料技术领域，特别是一种可重构的光学透明基本单元及超表面。

背景技术

超材料是具有特殊电磁特性的三维人工结构，由于其具有可人工设计的特性，从而实现了丰富多样的应用，例如负折射率材料、完美透镜和隐身等。超表面是由超材料演变而来的二维亚波长单元阵列，通过调控单元的反射幅度和相位响应，超表面能够有效地调制电磁波。近年来，编码超表面的提出，即用离散的数字态来描述超表面，例如将相位响应为“0°”和“180°”的单元分别编码为二进制“0”和“1”，并且通过将这些编码的超表面单元组成不同的编码序列，从而更灵活和有效地调控散射场。基于该方法，提出了大量的应用，其中包括信息交互、相位编码、幅度编码以及成像等应用。

由于可调超材料能够满足应用的多功能性的需求，因此激发了人们的研究兴趣。目前，存在多种实现可调的方法，例如电可调、结构可调和热可调等。实现电可调超材料的常用方法是采用变容二极管，将变容二极管集成到超材料单元中，可以根据实际需要调控反射相位和谐振频率。通过合理改变二极管的电容值，可以有效地调制超材料的电磁特性。由于这一特性，实现了吸波器、带宽滤波器和异常反射等应用。

氧化铟锡（ITO）薄膜是一种N型半导体膜，其不仅具有光学透明性，还具有高电导性。ITO通常具有80%的光学透明度，并且在微波范围内具有显著的衰减效应。由于其在可见光范围内的透明性，可作为太阳能电池的电极。因为ITO独特的光学和电学特性，所以利用基于ITO薄膜的超表面实现了各种应用，例如宽带吸波器、相位和幅度调制、宽带谐振和多光谱隐身等。

然而，以上提及的基于ITO薄膜的超表面是不可调的，其导致无法灵活地对每个超表面单元的相位和幅度进行调控；并且以往的可重构超表面几乎都需要外部供电，而实际的应用环境较为复杂，现场布线供电很难实现，故超表面对应用环境的适应性较差。因此，这些超表面在应用上具有一定的局限性。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种可重构的光学透明基本单元，其能够组合形成一种超表面，并通过控制变容二极管的电容值来改变超表面的电磁特性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可重构的光学透明基本单元，所述基本单元包括依次堆叠设置的ITO结构表层、中间介质板层以及ITO接地层；所述ITO结构表层包括附于所述中间介质板层表面上的第一矩形半环贴片、第二矩形半环贴片、第一ITO导线以及第二ITO导线；所述第一矩形半环贴片与第二矩形半环贴片互相对称设置，两者均包括一对自由端，且两者的自由端彼此一一正对，其中一对互相正对的自由端通过变容二极管相连；所述第一ITO导线与所述第一矩形半环贴片的外边框相接，所述第二ITO导线与所述第二矩形半环贴片的外边框相接，所述第一ITO导线与第二ITO导线平行。