[发明专利]一种反射式超表面能流分布调控组件及其构建方法

权利要求书

1.一种反射式超表面能流分布调控组件，其特征在于，包括自下而上依次设置的基板、多层膜、间隔层和超表面结构，所述超表面结构采用高折射率材料、为柱子宽度渐变的结构，所述间隔层采用低折射率材料，间隔层的厚度大于间隔层介质中四分之一波长，所述多层膜的结构为Sub|(HL)^mABCDE|S；其中，(HL)^m为高反射率单元，H、A、C和E为多层膜中高折射率材料的厚度，L、B和D为多层膜中低折射率材料的厚度，入射介质S为所述间隔层；

通过根据所述间隔层和超表面结构，获取最佳反射相位，从而调整所述A、B、C、D和E的厚度值，实现所述反射式超表面的能流分布调控；

所述获取最佳反射相位具体为：将间隔层设置在超表面结构下方，利用超表面结构的散射系数和间隔层的参数，在间隔层下界面对传输波保持高反射率以避免透射损耗的同时，扫描反射相位对间隔层中的传输波和超表面中的布洛赫波的影响，最终得到反射相位对实际能流分布的影响，通过和预设的目标能流分布的对比获得所述最佳反射相位。

2.根据权利要求1所述的一种反射式超表面能流分布调控组件，其特征在于，所述超表面结构包括多个超表面单元结构，所述超表面单元结构的周期和个数的计算表达式为：

Np＝λ/sinθ₁

式中，N为超表面单元结构的个数，p为超表面单元结构的周期，λ为波长，θ₁为出射光的角度，所述出射光的角度的取值范围在30度至90度范围以内。

3.根据权利要求1所述的一种反射式超表面能流分布调控组件，其特征在于，所述高折射率材料为Si或TiO₂。

4.根据权利要求1所述的一种反射式超表面能流分布调控组件，其特征在于，所述低折射率材料为SiO₂。

5.根据权利要求1所述的一种反射式超表面能流分布调控组件，其特征在于，所述高反射率和反射相位对应于传输波的入射角，所述传输波的入射角的选择表达式为：

θ₂＝arcsin(mλ/nP),m＝0,±1

式中，θ₂为传输波的入射角，λ为工作波长，n为间隔层的折射率，P为超表面结构的周期，m为传输波的阶数。

6.根据权利要求1所述的一种反射式超表面能流分布调控组件，其特征在于，所述基板为熔融石英板或K9玻璃板。

7.根据权利要求1所述的一种反射式超表面能流分布调控组件，其特征在于，所述超表面结构、间隔层、多层膜和基板组成的整体组件具有三个反射通道，所述整体组件表面处的能流分布形式为：

式中，S^a(x)为整体组件表面处能流，为能流分布一阶振荡的振幅，N为超表面单元结构的个数，p为超表面单元结构的周期，为能流分布一阶振荡的相移，为能流分布二阶振荡的振幅，为能流分布二阶振荡的相移；

通过控制S^a(x)的各个系数，调节不同反射通道的比例。

8.一种如权利要求1所述的一种反射式超表面能流分布调控组件的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建宽度渐变的反射式超表面结构：利用高折射率材料构成超表面结构，该超表面结构为柱子宽度渐变的结构；

构建间隔层：间隔层使用低折射率材料，间隔层的厚度大于间隔层介质中四分之一波长；

获取最佳反射相位：将间隔层设置在超表面结构下方，利用超表面结构的散射系数和间隔层的参数，在间隔层下界面对传输波保持高反射率以避免透射损耗的同时，扫描反射相位对间隔层中的传输波和超表面中的布洛赫波的影响，最终得到反射相位对实际能流分布的影响，通过和预设的目标能流分布的对比获得最佳反射相位；

构建多层膜：多层膜的结构为Sub|(HL)^mABCDE|S；其中，(HL)^m为高反射率单元，H、A、C和E为多层膜中高折射率材料的厚度，L、B和D为多层膜中低折射率材料的厚度，入射介质S为所述间隔层；根据所述最佳反射相位调整A、B、C、D和E的厚度值，所述多层膜设置在间隔层下方。