[发明专利]一种任意主动相位调控电磁超表面及其制备方法

说明书

本发明提供了一种任意主动相位调控电磁超表面，包括：衬底；依次位于衬底上的主动相位调控层和被动相位调控层；主动相位调控层的微结构单元为由主动调控材料构成的圆开口谐振环结构；被动相位调控层的微结构单元为由良导体材料构成的、与主动相位调控层的微结构单元同圆心的圆开口谐振环结构；被动相位调控层的谐振环外径不同于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径不同于主动相位调控层的谐振环内径，且被动相位调控层的谐振环开口区域与主动相位调控层的谐振环开口区域没有重合部分。本发明提供的任意主动相位调控超表面，通过被动相位调控层及主动相位调控层开口谐振环的几何转角的控制，可实现任意需求的附加相位。

技术领域

本发明涉及相位调控超表面技术领域，更具体地说，是涉及一种任意主动相位调控电磁超表面及其制备方法。

背景技术

相位调控超表面是一种可以对电磁波相位进行调控的器件。通过超表面实现的相位调控器件可以使器件厚度突破电磁波长的限制，其功能极为丰富且可以人为设计，在许多方面已经超越传统相位调控器件；广泛应用于平面超透镜、涡旋光发生、光子自旋霍尔效应激发等诸多领域。

为实现可以进行相位调控的超表面，研究者们发现超表面微结构单元的几何转角与入射电磁波特定偏振态的附加相位直接相关，除此之外，利用具有一定厚度的不同介质微结构的电磁波类波导模式传播也可以实现电磁波的相位调控。

但是，目前的相位调控超表面其功能多为被动调控，由于其几何结构设计受需求相位的限制，很难实现在被动相位调控的基础上实现任意主动相位调控，这就限制了相位调控超表面的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种任意主动相位调控电磁超表面及其制备方法，以解决目前的相位调控超表面难以实现主动调控的问题。

本发明提供了一种任意主动相位调控电磁超表面，包括：

衬底；

依次位于衬底上的主动相位调控层和被动相位调控层；

主动相位调控层的微结构单元为由主动调控材料构成的圆开口谐振环结构；

被动相位调控层的微结构单元为由良导体材料构成的、与主动相位调控层的微结构单元同圆心的圆开口谐振环结构；

被动相位调控层的谐振环外径不同于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径不同于主动相位调控层的谐振环内径，且被动相位调控层的谐振环开口区域与主动相位调控层的谐振环开口区域没有重合部分。

优选的，所述衬底为与主动调控材料实现晶格匹配的指定晶面厚度的衬底材料。

优选的，所述主动调控材料选自硅、石墨烯、二氧化钒和GST中的一种或多种。

优选的，所述良导体材料选自金、银、铂、铝和铜中的一种或多种。

优选的，所述主动相位调控层和被动相位调控层均为二维同周期方块阵列。

优选的，所述二维同周期方块阵列的二维阵列周期为100nm～10mm。

优选的，所述被动相位调控层的谐振环外径小于主动相位调控层的谐振环外径，被动相位调控层的谐振环内径大于主动相位调控层的谐振环内径。

优选的，所述主动相位调控层的圆开口谐振环结构和被动相位调控层的圆开口谐振环结构均可绕圆心进行任意角度转动。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的任意主动相位调控电磁超表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)在衬底上生长主动调控材料，经第一次刻蚀，形成主动相位调控层；