一种动态调节的超表面及其制造方法与电磁波调控方法技术

本发明专利技术提供的一种动态调节的超表面及其制造方法与电磁波调控方法，超表面包括：基底层；设置在所述基底层上的金属膜层；所述金属膜层上设置有周期性的若干沟槽；所述沟槽中填充有时变材料；其中，所述时变材料为电磁性质通过电场调制随时间变化的材料。本发明专利技术中的超表面通过在金属膜层上设置若干沟槽，并在沟槽中填充时变材料，利用电场调制时变材料的电磁性质，进而改变超表面上每个结构单元的相位，周期金属沟槽的腔共振效应大大增强了电磁波与时变材料的相互作用，无需改变超表面上每个结构单元的形状和尺寸，降低了超表面的制造难度，能够实现多功能的超表面。

【技术实现步骤摘要】
一种动态调节的超表面及其制造方法与电磁波调控方法
本专利技术涉及光调控
，具体涉及一种动态调节的超表面及其制造方法与电磁波调控方法。
技术介绍
超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料，超表面可实现电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。近年来，超表面由于相较于三维超材料具有损耗低、制造方法简单以及出色的光调控性能，吸引了众多的研究者。通过设计超表面上单元的相位分布或几何相位分布，一块超表面可以实现某个特殊的功能。但传统的超表面通常功能单一，并且一旦被设计好，功能往往不能被再改变；超表面上的每个结构单元通过形状、尺寸和方位不同来实现不同的相位，大大增加了制造难度。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种动态调节的超表面及其制造方法与电磁波调控方法，旨在解决传统超表面功能单一，并且一旦被设计好，功能不能再改变，要实现不同相位，通常需要每个结构单元的形状、尺寸和方位不同，增加制造难度等问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种动态调节的超表面，其中，所述超表面包括：基底层；设置在所述基底层上的金属膜层；所述金属膜层上设置有周期性的若干沟槽；若干所述沟槽中填充有时变材料；其中，所述时变材料为在电场调制下，电磁性质随时间变化的材料。所述的动态调节的超表面，其中，所述时变材料的介电常数满足：ε＝εr+Mcos(ωmt+φ)；其中，εr为常数，M为时变材料的调制强度，ωm为调控角频率，φ为时变材料的初相位，t为时间。所述的动态调节的超表面，其中，若干所述沟槽将所述金属膜层分为多个金属膜单元；每个所述金属膜单元的高度等于所述金属膜层厚度。所述的动态调节的超表面，其中，每个所述金属膜单元与其相邻的一个沟槽组成一个几何重复单元；多个所述金属膜单元与若干所述沟槽组成若干所述几何重复单元；若干所述几何重复单元的宽度相等。所述的动态调节的超表面，其中，若干所述沟槽的深度与所述金属膜层厚度相等；若干所述沟槽的宽度相等。一种所述的动态调节的超表面的制造方法，其中，包括步骤：提供一基底层；在所述基底层上镀金属膜层；对所述金属膜层进行刻蚀，在所述金属膜层上形成周期性的若干沟槽；在若干所述沟槽中填充时变材料，得到所述超表面；其中，所述时变材料为在电场调制下，电磁性质随时间变化的材料。一种所述的动态调节的超表面的电磁波调控方法，其中，包括：通过电场对若干所述沟槽中的时变材料进行周期性分组调制，使若干所述沟槽中的时变材料的初相位满足预设第一规则，得到调制后的第一超表面；其中，所述预设第一规则为：φ(xn+1)＝φ(xn)+2π/N，其中，φ(xn+1)为第n+1个沟槽中的时变材料的初相位，φ(xn)为第n个沟槽中的时变材料的初相位，N为每个周期中的沟槽数量；利用所述第一超表面对电磁波进行调控，实现所述电磁波按预设角度进行偏转；其中，预设角度θ满足：sinθ＝λ/(Na)；其中，a为相邻沟槽的间距，λ为共振波长，所述共振波长λ为周期金属沟槽的共振波长。一种所述的动态调节的超表面的电磁波调控方法，其中，包括：通过电场对若干所述沟槽中的时变材料进行调制，使若干所述沟槽中的时变材料的初相位满足预设第二规则，得到调制后的第二超表面；其中，所述预设第二规则为：φ(xn+1)＝φ(xn)+2πasinθ/λ，其中，φ(xn+1)为第n+1个沟槽中的时变材料的初相位，φ(xn)为第n个沟槽中的时变材料的初相位，a为相邻沟槽的间距，θ为电磁波的偏转角度，λ为共振波长，所述共振波长λ为周期金属沟槽的共振波长；利用所述第二超表面对电磁波进行调控，实现所述电磁波按照预设角度θ进行连续偏转。一种所述的动态调节的超表面的电磁波调控方法，其中，包括：通过电场对若干所述沟槽中的时变材料进行调制，使若干所述沟槽中的时变材料的初相位满足预设第三规则，得到调制后的第三超表面；其中，所述预设第三规则为：其中，φn为第n个沟槽中的时变材料的初相位，x0和y0分别为电磁波聚焦点的横坐标值和纵坐标值，xn和yn分别为第n个沟槽的上表面中心点的横坐标值和纵坐标值，λ为共振波长，所述共振波长λ为周期金属沟槽的共振波长；利用所述第三超表面对电磁波进行调控，实现所述电磁波在预设焦点处的聚焦。本专利技术的有益效果：本专利技术的超表面通过在金属膜层上设置若干沟槽，并在沟槽中填充时变材料，利用电场调制时变材料的电磁性质，进而改变超表面上每个结构单元的相位，周期金属沟槽的腔共振效应大大增强了电磁波与时变材料的相互作用，无需改变超表面上每个结构单元的形状和尺寸，降低了超表面的制造难度，能够实现多功能的超表面。附图说明图1是本专利技术实施例一中提供的一种动态调节的超表面的结构示意图；图2是本专利技术实施例一中提供的超表面的沟槽中未填充时变材料时，波长为1.5～2.1μm的光从基底层入射到超表面中对应的反射和透射光谱图；图3是本专利技术实施例一中提供的超表面的沟槽中填充时变材料时，电磁波经过与沟槽内时变材料相互作用后的透射光谱图，入射波长为周期金属沟槽的共振波长，即图2中的峰值f＝171.807THz对应的波长λ＝1.745μm；图4是本专利技术实施例三中提供的电磁波调控方法中偏转角度随周期沟槽数变化的理论值和仿真值对比图；图5中a～f为实施例三中周期沟槽数分别为3,4,5,6,7,8对应的电场分布图；图6中a～d为实施例四中相位差分别为0.5,1,1.5,2对应的电场分布图；图7是本专利技术实施例四中提供的电磁波调控方法中偏转角度随相位差变化的理论值和仿真值对比图；图8中a～c分别为实施例五中焦点坐标为(12,18)、(0,11)和(-11,8)对应的电场分布图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一由于传统的超表面通常功能单一，并且一旦被设计好，功能往往不能被再改变；超表面上面的每个结构单元通过形状、尺寸和方位不同来实现不同的相位，大大增加了制造难度。为了解决上述问题，本专利技术实施例一中提供了一种动态调节的超表面，如图1所示，所述超表面包括：基底层11；设置在所述基底层11上的金膜层12；所述金膜层12上设置有周期性的若干沟槽13；若干所述沟槽13中填充有时变材料；其中，所述时变材料为在电场调制下，电磁性质随时间变化的材料。具体实施时，由于周期金属沟槽中填充有时变材料，通过电场调制时变材料的电磁性质，来改变超表面上每个结构单元的相位，周期金属沟槽的腔共振效应大大增强了电磁波与时变材料的相互作用，无需改变超表面上每个结构单元的形状和尺寸，降低了超表面的制造难度，能够实现多功能的超表面。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态调节的超表面，其特征在于，所述超表面包括：基底层；设置在所述基底层上的金属膜层；所述金属膜层上设置有周期性的若干沟槽；若干所述沟槽中填充有时变材料；其中，所述时变材料为在电场调制下，电磁性质随时间变化的材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态调节的超表面，其特征在于，所述超表面包括：基底层；设置在所述基底层上的金属膜层；所述金属膜层上设置有周期性的若干沟槽；若干所述沟槽中填充有时变材料；其中，所述时变材料为在电场调制下，电磁性质随时间变化的材料。


2.根据权利要求1所述的动态调节的超表面，其特征在于，所述时变材料的介电常数满足：ε＝εr+Mcos(ωmt+φ)；其中，εr为常数，M为时变材料的调制强度，ωm为调控角频率，φ为时变材料的初相位，t为时间。


3.根据权利要求1所述的动态调节的超表面，其特征在于，若干所述沟槽将所述金属膜层分为多个金属膜单元；每个所述金属膜单元的高度等于所述金属膜层厚度。


4.根据权利要求3所述的动态调节的超表面，其特征在于，每个所述金属膜单元与其相邻的一个沟槽组成一个几何重复单元；多个所述金属膜单元与若干所述沟槽组成若干所述几何重复单元；若干所述几何重复单元的宽度相等。


5.根据权利要求1所述的动态调节的超表面，其特征在于，若干所述沟槽的深度与所述金属膜层厚度相等；若干所述沟槽的宽度相等。


6.一种如权利要求1所述的动态调节的超表面的制造方法，其特征在于，包括步骤：
提供一基底层；
在所述基底层上镀金属膜层；
对所述金属膜层进行刻蚀，在所述金属膜层上形成周期性的若干沟槽；
在若干所述沟槽中填充时变材料，得到所述超表面；其中，所述时变材料为在电场调制下，电磁性质随时间变化的材料。


7.一种利用权利要求1所述的动态调节的超表面的电磁波调控方法，其特征在于，包括：
通过电场对若干所述沟槽中的时变材料进行周期性分组调制，使若干所述沟槽中的时变材料的初相位满足预设第一规则，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶科玉，李玲，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44