基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器制造技术

本发明专利技术提供一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，包括，基底层和电磁材料层，电磁材料层镀附于基底层上；电磁材料层包括N*N个基本单元，且多个基本单元呈周期性排列；每个基本单元以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且倾斜金属线与方形开口环的两个对角相接；其中，方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，第一“L”型线与第三“L”型线的尺寸一致，第二“L”型线与第四“L”型线的尺寸一致；四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽相等；基底层的厚度为微米量级，电磁材料层的厚度为纳米量级。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器。
技术介绍
新型人工电磁材料(Metamaterials)又称超材料，是一种人工复合材料或复合媒介，通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常物理特性，如负折射、异常的透射和反射、隐身斗篷等。新型人工电磁材料一般是由周期性排列的基本单元构成，其电磁特性主要取决于基本单元的几何结构，且基本单元的尺寸需远小于入射电磁波的波长。近年来，基于新型人工电磁材料来实现对电磁波偏振控制的研究得到了广泛的关注，此外，利用新型人工电磁材料的手性(2D手性和3D手性)和各向异性可以实现正交偏振转换功能的研究成果，促进了偏振转换器的集成化发展。目前，偏振转换器对工作频带的展宽仍是一个热点研究问题，通常，宽频带的偏振转换器是通过多层的结构堆叠获取的，但这种器件的体积往往比较大，不利于器件的小型化发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，通过对电磁材料层的基本单元的结构进行改进，实现对正交偏振转换器的工作频带的展宽。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，包括，基底层和电磁材料层，电磁材料层镀附于基底层上；电磁材料层包括N*N个基本单元，且多个基本单元呈周期性排列；每个基本单元以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且倾斜金属线与方形开口环的两个对角相接；其中，方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，第一“L”型线与第三“L”型线的尺寸一致，第二“L”型线与第四“L”型线的尺寸一致；四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽相等；基底层的厚度为微米量级，电磁材料层的厚度为纳米量级。进一步地，基底层的材质为二氧化硅。进一步地，电磁材料层的材质为铜，金或铝。进一步地，四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽均为w＝10μm；基底层的厚度t＝3μm，电磁材料层的厚度为tm＝200nm；方形开口环的边长a＝130μm，第一“L”型线与第二“L”型线的距离为s＝10μm，第二“L”型线的一边的长度为l＝20μm；基本单元的排列周期p＝150μm。本专利技术提供的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，电磁材料层的每一个基本单元都包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，基本单元的结构符合各向异性特征，即可以实现电磁波的正交偏振转换，即，输出波形与输入波形正交，另外，基底层的厚度为微米量级，电磁材料层的厚度为纳米量级，体积小。此外，本专利技术的基本单元的结构为方形开口环与金属斜线的组合，从而可以实现多重谐振响应，继而利用多重谐振响应的叠加作用，实现正交偏振转换器的工作频带的展宽。附图说明图1是本专利技术实施例提供的正交偏振转换器的结构图；图2是本专利技术实施例提供的正交偏振转换器的基本单元的结构立体图；图3是本专利技术实施例提供的正交偏振转换器的基本单元的正面示意图；图4是本专利技术实施例提供的正交偏振转换器针对x方向的入射偏振光的偏振效果图；图5是本专利技术实施例提供的正交偏振转换器针对y方向的入射偏振光的偏振效果图；图6是本专利技术实施例提供的正交偏振转换器的透射与反射效果定性分析图。具体实施方式下面通过具体的实施例进一步说明本专利技术，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本专利技术。实施例一结合图1，本实施例提供的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，包括，基底层1和电磁材料层2，电磁材料层2镀附于基底层1上；电磁材料层2包括N*N个基本单元9，且多个基本单元9呈周期性排列；如图2所示地，每个基本单元9以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且倾斜金属线与方形开口环的两个对角相接；其中，方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，第一“L”型线与第三“L”型线的尺寸一致，第二“L”型线与第四“L”型线的尺寸一致；四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽相等；基底层1的厚度为微米量级，电磁材料层2的厚度为纳米量级。本专利技术实施例提供的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，电磁材料层2的每一个基本单元9都包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，基本单元9的结构符合各向异性特征，即可以实现电磁波的正交偏振转换，即，输出波形与输入波形正交，另外，基底层1的厚度为微米量级，电磁材料层2的厚度为纳米量级，体积小。此外，本专利技术实施例的基本单元9的结构为方形开口环与金属斜线的组合，从而可以实现多重谐振响应，继而利用多重谐振响应的叠加作用，实现正交偏振转换器的工作频带的展宽。优选地，基底层1的材质为二氧化硅。本实施例采用二氧化硅作为基底层1，其厚度更易精准控制且其折射率受制备过程影响不大，可靠性高。优选地，电磁材料层2的材质为铜，金或铝。进一步优选地，如图3所示地，四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽均为w＝10μm；基底层1的厚度t＝3μm，电磁材料层2的厚度为tm＝200nm；方形开口环的边长a＝130μm，第一“L”型线与第二“L”型线的距离为s＝10μm，第二“L”型线的一边的长度为l＝20μm；基本单元9的排列周期p＝150μm，也就是说，每两个基本单元9的间隔为g＝20μm。本实施例中，可以通过调节基本单元9的尺寸来实现对不同电磁波的控制。且当四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽均为w＝10μm；基底层1的厚度t＝3μm，电磁材料层2的厚度为tm＝200nm；方形开口环的边长a＝130μm，第一“L”型线与第二“L”型线的距离为s＝10μm，第二“L”型线的一边的长度为l＝20μm；每两个基本单元9的间隔为g＝20μm时，能够对太赫兹波实现正交偏振控制。实施例二本实施例中，当基本单元9的尺寸为适合太赫兹频段的正交偏振转换器时，以实现对太赫兹波的正交偏振为例，阐述正交偏振转换器的工作原理。如图4所示地，给本实施例正交偏振转换器设置一个xyz坐标轴作为工作平台，其中，z轴垂直于正交偏振转换器的表面。如图4所示，当x方向偏振的线偏振光3沿-z方向垂直入射到正交偏振转换器的表面时，正交偏振后透射输出光为4，且反射输出光为5，其中，入射线偏振光3为x方向偏振的线偏振光，而偏振输出光中，透射输出光4和反射输出光5均为y方向偏振输出光，即发生了正交偏振转换。此外，透射输出光4和反射输出光5的频带宽度明显比入射线偏振光3的宽，即实现了正交偏振转换器的工作频带的展宽。如图5所示地，当y方向偏振的线偏振光6垂直入射到正交偏振转换器的表面时，输出的正交偏振透射光为7，反射光为8，其中，入射线偏振光6为y方向偏振的线偏振光，而偏振输出光中，透射输出光7和反射输出光8均为x方向偏振输出光，即发生了正交偏振转换。此外，透射输出光7和反射输出光8的频带宽度明显比入射线偏振光6的宽，即实现了正交偏振转换器的工作频带的展宽。此外，为了进一步定性分析本实施例的正交偏振转换器对工作频带的展宽效果，假定本实施例的正交偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，其特征在于，包括，基底层和电磁材料层，所述电磁材料层镀附于所述基底层上；所述电磁材料层包括N*N个基本单元，且多个基本单元呈周期性排列；所述每个基本单元以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且所述倾斜金属线与所述方形开口环的两个对角相接；其中，所述方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，所述第一“L”型线与所述第三“L”型线的尺寸一致，所述第二“L”型线与所述第四“L”型线的尺寸一致；所述四条“L”型线的线宽和所述倾斜金属线的线宽相等；所述基底层的厚度为微米量级，所述电磁材料层的厚度为纳米量级。

【技术特征摘要】
1.一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，其特征在于，包括，基底层和电磁材料层，所述电磁材料层镀附于所述基底层上；所述电磁材料层包括N*N个基本单元，且多个基本单元呈周期性排列；所述每个基本单元以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且所述倾斜金属线与所述方形开口环的两个对角相接；其中，所述方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，所述第一“L”型线与所述第三“L”型线的尺寸一致，所述第二“L”型线与所述第四“L”型线的尺寸一致；所述四条“L”型线的线宽和所述倾斜金属线的线宽相等；所述基底层的厚度为微米量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东明，牟海维，韩建，吕婷婷，史金辉，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23