[发明专利]一种高透射率超表面单元及透射相位控制方法

说明书

本发明公开了人工电磁材料领域的一种高透射率超表面单元及透射相位控制方法，包括介质基板；所述介质基板上表面设置有上层金属层，所述介质基板下表面设有下层金属层，上层金属层和下层金属层均包括谐振圆环和开口谐振圆环，所述开口谐振圆环设置于谐振圆环内；所述开口谐振圆环能够绕圆心旋转，且上层金属层的开口金属谐振圆环和下层金属层的开口金属谐振圆环的开口位置反对称；所述上层金属层与下层金属层在垂直方向上的投影重叠；本发明中在水平面内旋转上下层开口谐振圆环结构，使超表面单元实现360°透射相位控制；通过旋转开口谐振圆环可以对圆极化入射波实现连续的相位变化。

技术领域

本发明属于人工电磁材料领域，具体涉及一种高透射率超表面单元及透射相位控制方法。

背景技术

超表面是一种新型人工电磁材料，可以在亚波长尺度内实现对电磁波相位、振幅、偏振等特性的自由调制。相对于传统电磁器件，超表面具有轻质、平面化、调控灵活等优势，为实现小型化和集成化电磁波调控系统提供了全新的技术途径。

相位是电磁波的基本物理参量之一，近年来，利用超表面调控电磁波相位实现了一系列新奇的功能和现象，如光自旋霍尔效应、涡旋光束产生与调制、全息显示等。在各类相位型超表面器件中，几何相位型超表面由于工作波段宽、设计简单、容差大等优势受到了广泛的关注与研究。目前，基于几何相位的超表面仍然存在调控效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高透射率超表面单元及透射相位控制方法，可以在保持高透射率的基础上对圆极化入射波实现连续的相位变化。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种高透射率超表面单元，包括：介质基板；所述介质基板上表面设置有上层金属层，所述介质基板下表面设有下层金属层，上层金属层和下层金属层均包括谐振圆环和开口谐振圆环，所述开口谐振圆环设置于谐振圆环内；所述开口谐振圆环能够绕圆心旋转，且上层金属层的开口金属谐振圆环和下层金属层的开口金属谐振圆环的开口位置反对称；所述上层金属层与下层金属层在垂直方向上的投影重叠。

优选的，所述介质基板的上表面和下表面设有第一凹槽和第二凹槽；所述谐振圆环嵌入于第一凹槽内；所述开口金属谐振圆环嵌入于第二凹槽内。

优选的，所述开口谐振圆与谐振圆环之间设有间隙，且圆心重合。

优选的，所述介质基板的材料为F4B板材。

优选的，所述超表面单元的工作频率设置为13GHz；所述超表面单元设置为正方形，所述超表面单元的边长小于工作频率波长的一半，超表面单元厚度约等于工作频率波长的八分之一。

第二方面，本发明提供了一种高透射率超表面单元的透射相位控制方法，包括：在水平面内旋转上下层开口谐振圆环结构，且将上层金属层的开口金属谐振圆环和下层金属层的开口金属谐振圆环的开口位置保持反对称，在保持透射幅值高于-0.22dB时实现所述超表面单元360°透射相位控制。

优选的，在超表面单元的水平面内旋转零度时，将相互正交的x极化和y极化入射波照射到超表面单元，形成两同极化透射波，当同极化透射波的频率为13GHz时，两者具有180°相位差。

优选的，在超表面单元的水平面内旋转开口金属谐振圆环设定角度θ；

将右旋圆极化入射波照射到所述超表面单元，透射为相反旋性的圆极化波，且在保持透射振幅高于-0.22dB的条件下增加2θ的几何相位变化；

将左旋圆极化入射波照射到所述超表面单元，透射为相反旋性的圆极化波，且在保持透射振幅高于-0.22dB的条件下增加2θ的几何相位变化。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：