[发明专利]一种机械可调的电磁偏折器及其电磁波反射角度调控方法

说明书

本发明公开了一种机械可调的电磁偏折器及其电磁波反射角度调控方法，偏折器包括介质柱阵列、平行板波导和吸波材料，其中，介质柱阵列为由介质柱正方点阵组成的准二维结构，介质柱阵列的一面为电磁波入射平面，另外三面设有吸波材料；介质柱阵列和吸波材料均设置于两个平行板波导之间。该电磁偏折器无需改变周期性排列的介质柱的点阵结构和谐振频率以及整个结构的几何尺寸，而是通过介质柱的位移和对最外层介质柱的切割形成线性相位梯度表面来实现电磁偏折的特性。本发明的电磁偏折器具有机械可调、结构简单、电磁损耗少、几何尺寸小、可通过尺度不变性改变几何尺寸移植到光波段等优点。

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术，涉及一种线性相位梯度表面的光子晶体周期性阵列结构，具体涉及一种机械可调的电磁偏折器结构，可实现对电磁波反射角度的调控。

背景技术

通过电磁波的相位调控从而实现对电磁波反射的调节是近年来的研究热点之一。目前的电磁偏折器通常利用超表面(metasurface)来实现，通过改变谐振频率或超表面结构来实现对电磁波波束的调控。这种电场偏折器的缺点是结构较复杂且很难移植到光波段。而采用线性相位梯度表面光子晶体周期结构的电磁偏折器，有机械可调、结构简单、电磁损耗少、几何尺寸小，可通过尺度不变性改变几何尺寸移植到光波段等优势。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种机械可调、结构简单、几何尺寸小、可通过尺度不变性改变几何尺寸移植到光波段的电磁偏折器。

技术方案：本发明的一种机械可调的电磁偏折器，包括介质柱阵列、平行板波导和吸波材料，其中，介质柱阵列为由介质柱正方点阵组成的准二维结构，介质柱阵列的一面为电磁波入射平面，另外三面设有吸波材料；介质柱阵列和吸波材料均设置于两个平行板波导之间。

优选的，该电磁偏折器基于二维正方点阵光子晶体结构，将每一行介质柱沿电磁波入射方向位移不同的距离d，在d＝0mm的平面切割介质柱，并将切下的部分移动到对应行最后一个周期的相应位置使其在该方向重新形成完整的周期结构，因此从电磁波入射方向看去形成一个线性相位梯度表面结构。

优选的，介质柱为陶瓷圆柱材料。

优选的，介质柱阵列结构的晶格常数a＝10mm，高度h＝5mm，介质柱的半径r＝2mm。

优选的，该电磁偏折器的结构在电磁波入射方向的周期数能够减少至1。

本发明的一种基于所述电磁偏折器的电磁波反射角度调控方法，通过改变电磁偏折器的介质柱在晶格内相对位置，即改变介质柱相对初始位置的位移d的大小来改变电磁波的偏折角度，实现电磁波偏折角度的机械可调，其中，0mm＜d≤10mm；对于x轴方向单独某行介质柱来说，d的取值为0mm＜d＜4mm时，对应整行介质柱沿x轴正方向位移d后，沿d＝0mm的平面对首个介质柱进行切割，该介质柱切割后的形状为“半圆柱”；同时为了保持光子晶体在x轴方向周期的完整性，在x轴方向的最后一个周期需要补充一个“半圆柱”，且首尾两个“半圆柱”合起来拼成一个完整的介质柱；d的取值为4mm≤d≤10mm时对应整行介质柱沿x轴正方向位移d。

根据所述的电磁波反射角度调控方法制作的一种焦距可调的平板凹面镜，由公式计算出凹面镜实现聚焦功能时电磁波在y＝na处的相位，其中，n＝±1，±2……，a为晶格常数，F为凹面镜焦距，λ为工作波长，y为垂直于电磁波入射方向距入射中心点的距离，根据电磁波反射系数相位与相对位移d、工作频率的关系，根据y＝na时对应的电磁波相位得出每一列对应的d值，进而通过所述的电磁波反射角度调控方法构建相位梯度表面，最终实现焦距的机械可调。

本发明的一种焦距机械可调的平板凹面镜，该凹面镜把平行入射的电磁波汇聚到焦点上，同时通过相位梯度表面的构建实现焦距的机械可调。