基于二元超构表面的不对称电磁波分离器制造技术

本发明专利技术揭示了一种基于二元超构表面的不对称电磁波分离器，所述分离器包括相对设置的第一超构光栅和第二超构光栅，第一超构光栅和第二超构光栅之间具有气隙，第一超构光栅包括若干交替设置的第一结构单元和第二结构单元，第二超构光栅包括若干交替设置的第三结构单元和第四结构单元，第一结构单元和第二结构单元的高度h和宽度a

【技术实现步骤摘要】
基于二元超构表面的不对称电磁波分离器
本专利技术属于电磁波传播
，具体涉及一种基于二元超构表面的不对称电磁波分离器。
技术介绍
自由并且高效的控制电磁波的传输是研究者们一直关注的问题，超构材料的出现为实现这一目的提供了新的思路以及材料基础。逐渐具有超薄结构以及优异的电磁波调控性能的二维人工渐变微纳结构(超构表面)引起了大家的广泛关注。光学超构表面已被用于实现众多应用，包括光学隐身、全息成像、相干完美吸收体和光子自旋霍尔效应等。但是超薄超构表面由于其自身结构的特性具有一定的局限性，于是一种带有覆盖2π突变相位的非超薄渐变超构表面(即超构光栅)被提出。通过设计合理的超构光栅抑制某个级次的衍射可以实现完美的波前控制、完美的异常透反射等等。非对称电磁传输作为最重要的应用之一，能够实现单向波传播，已经得到了广泛的探索。但是依旧存在整体结构复杂，制备难度大和转换效率比较低等等。为了获得平滑的波前，需要超构表面提供覆盖其跨度的局部和连续相移，这通常是离散化的，并由大量单位单元实现，以实现高分辨率。因此，这些用于非对称传输的光学超表面通常由多个单元组成，这不仅增加了设计的复杂性，而且由于多重反射效应，超构表面中更多的单元可以带来更多的吸收，这可能会降低非对称传输的性能。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于二元超构表面的不对称电磁波分离器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于二元超构表面的不对称电磁波分离器。为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：r>一种基于二元超构表面的不对称电磁波分离器，所述分离器包括相对设置的第一超构光栅和第二超构光栅，第一超构光栅和第二超构光栅之间具有气隙，第一超构光栅包括若干交替设置的第一结构单元和第二结构单元，第一结构单元包括金属基体及填充于金属基体内的第一介质材料，第二结构单元包括金属基体及填充于金属基体内的第二介质材料，第二超构光栅包括若干交替设置的第三结构单元和第四结构单元，第三结构单元包括两组第一结构单元，第四结构单元包括两组第二结构单元，第一结构单元和第二结构单元的高度h和宽度a1均相等，相位差为π，第三结构单元和第四结构单元的高度h和宽度a2均相等，相位差为π，且第一超构光栅的周期长度p1与第二超构光栅的周期长度p2满足p2＝2p1。一实施例中，所述分离器满足：p1＝2a1＜λ，p2＝2a2＞λ，θs＝arcsin(λ/p2)；其中，λ为入射电磁波的波长，θs为电磁波的分裂角。一实施例中，所述第一介质材料和第二介质材料为不同的材料，第一介质材料和第二介质材料的填充厚度均为h。一实施例中，所述金属基体材料为Ag，第一介质材料为空气，第二介质材料介电常数和磁导率均为2。一实施例中，所述气隙厚度Δ满足Δ≥0.5λ。一实施例中，所述第一超构光栅和第二超构光栅满足：Δ＝0.5λ，h＝0.5λ，优选地，λ＝650nm。一实施例中，所述第一介质材料和第二介质材料为相同的材料，第一介质材料和第二介质材料的填充厚度分别为d1和d2，且d1＜d2。一实施例中，所述气隙厚度Δ满足Δ≥λ。一实施例中，所述第一超构光栅和第二超构光栅满足：Δ＝λ，h＝0.75λ，优选地，λ＝650nm，d1＝133nm，d2＝406.5nm。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术基于二元超构表面的不对称电磁波分离器在阻抗匹配和阻抗不匹配的情况下都具有很好的不对称电磁波分裂的效果，并且分离器构简单易于制备，通过调节周期可以控制光束的分裂角，通过改变空气间隙的大小调节不对称传输的效率。本专利技术中高效率的不对称电磁波分离器在成像系统、传感系统等等具有潜在的应用，体积小易于制备为其在光学器件的集成化和小型化提供更多的可能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a为本专利技术中第一光栅(MG-1)的结构示意图；图1b为本专利技术中第二光栅(MG-2)的结构示意图；图1c为本专利技术中由第一光栅(MG-1)和第二光栅(MG-2)构成的不对称电磁波分离器的结构示意图；图2中，(a)和(b)分别为本专利技术中电磁波从Δ＝0的双层超构光栅上方入射和下方入射时的磁场场图，(c)和(d)分别为本专利技术中电磁波从Δ＝0.5λ的双层超构光栅上方入射和下方入射时的磁场场图；图3a为本专利技术一具体实施例中单个单元结构的示意图；图3b为本专利技术一具体实施例中单个单元结构中介质深度d和相位以及透射率之间的曲线图；图3c、图3d分别为本专利技术一具体实施例中第一光栅(MG-1)和第二光栅(MG-2)的结构示意图；图4中，(a)和(b)分别为本专利技术一具体实施例中电磁波从第一光栅(MG-1)和第二光栅(MG-2)入射时的磁场场图，(c)和(d)分别为本专利技术一具体实施例中入射电磁波从Δ＝0的双层超构光栅上方入射和下方入射时的磁场场图，(e)和(f)分别为本专利技术一具体实施例中入射电磁波从Δ＝λ的双层超构光栅上方入射和下方入射时的磁场场图；图5为本专利技术一具体实施例中从双层超构光栅上方入射时空气间隙Δ和透射率及反射率的曲线图；图6中左右分别为电磁波从Δ＝580nm的双层超构光栅上方入射和下方入射时的磁场场图。具体实施方式以下将结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细描述。但该等实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。本专利技术公开了一种基于二元超构表面的不对称电磁波分离器，分离器包括相对设置的第一超构光栅和第二超构光栅，第一超构光栅和第二超构光栅之间具有气隙，第一超构光栅包括若干交替设置的第一结构单元和第二结构单元，第一结构单元包括金属基体及填充于金属基体内的第一介质材料，第二结构单元包括金属基体及填充于金属基体内的第二介质材料，第二超构光栅包括若干交替设置的第三结构单元和第四结构单元，第三结构单元包括两组第一结构单元，第四结构单元包括两组第二结构单元，第一结构单元和第二结构单元的高度h和宽度a1均相等，相位差为π，第三结构单元和第四结构单元的高度h和宽度a2均相等，相位差为π，且第一超构光栅的周期长度p1与第二超构光栅的周期长度p2满足p2＝2p1。本专利技术设计了一种双层超构光栅(metagratings，简称MGs)，每层超构光栅的超晶胞都只包含两个单元结构。研究发现利用这种双层MGs可以实现电磁波的非对称传输现象，即当电磁波从正向或反向入射到双层MGs时，分别表现为分束和全反射。在具有适当空气间隙的双层MGs中实现了非对称光束分离，通过关闭空气间隙，可以将非对称光束分离变成对称光束分离，并且得到了空气间隙大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二元超构表面的不对称电磁波分离器，其特征在于，所述分离器包括相对设置的第一超构光栅和第二超构光栅，第一超构光栅和第二超构光栅之间具有气隙，第一超构光栅包括若干交替设置的第一结构单元和第二结构单元，第一结构单元包括金属基体及填充于金属基体内的第一介质材料，第二结构单元包括金属基体及填充于金属基体内的第二介质材料，第二超构光栅包括若干交替设置的第三结构单元和第四结构单元，第三结构单元包括两组第一结构单元，第四结构单元包括两组第二结构单元，第一结构单元和第二结构单元的高度h和宽度a

【技术特征摘要】
1.一种基于二元超构表面的不对称电磁波分离器，其特征在于，所述分离器包括相对设置的第一超构光栅和第二超构光栅，第一超构光栅和第二超构光栅之间具有气隙，第一超构光栅包括若干交替设置的第一结构单元和第二结构单元，第一结构单元包括金属基体及填充于金属基体内的第一介质材料，第二结构单元包括金属基体及填充于金属基体内的第二介质材料，第二超构光栅包括若干交替设置的第三结构单元和第四结构单元，第三结构单元包括两组第一结构单元，第四结构单元包括两组第二结构单元，第一结构单元和第二结构单元的高度h和宽度a1均相等，相位差为π，第三结构单元和第四结构单元的高度h和宽度a2均相等，相位差为π，且第一超构光栅的周期长度p1与第二超构光栅的周期长度p2满足p2＝2p1。


2.根据权利要求1所述的基于二元超构表面的不对称电磁波分离器，其特征在于，所述分离器满足：
p1＝2a1＜λ，p2＝2a2＞λ，θs＝arcsin(λ/p2)；
其中，λ为入射电磁波的波长，θs为电磁波的分裂角。


3.根据权利要求2所述的基于二元超构表面的不对称电磁波分离器，其特征在于，所述第一介质材料和第二介质材料为不同的材料，第一介质材料和第二介质材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亚东，伏洋洋，高雷，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32