一种基于全介质编码超表面的太赫兹波束调控器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于全介质编码超表面的太赫兹波束调控器，属于人工电磁超材料领域。该超材料表面由不同尺寸的3D硅结构单元组成，通过改变编码模式可以改变反射波的数量和反射角度。通过1bit编码我们可以实现二分束器和四分束器，并同时可以调控波束方向θ。通过2bit编码我们可以实现单束电磁波不同方向的调控。调控。调控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全介质编码超表面的太赫兹波束调控器


[0001]本专利技术涉及一种基于全介质编码超表面的太赫兹波束调控器，属于人工电磁超材料领域，在实际应用中具有操纵太赫兹波波束数目和波束角度的功能。

技术介绍

[0002]由于其不同寻常的电磁特性，电磁超材料逐渐走入人们的视野。电磁超材料是自然界不存在的具有优良电磁特性的三维材料，通常是由周期性排列的谐振单元组成，这使得灵活的控制电磁波成为可能。
[0003]然而传统的反射型相位编码超表面通常由底部反射面，中间介质层和表面金属图案组成，并通过调节表面金属图案进而控制电磁波的反射相位。由于金属的固有缺陷，内部损耗较为严重，这极大地限制了电磁波调控的效率。在这里我们提出了一种基于全介质超表面编码电磁波调控方法，进一步解决了传统金属编码超表面所存在的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种基于全介质编码超表面的太赫兹波分束器，该超表面由不同尺寸的3D硅结构单元组成，通过改变编码模式可以改变反射波的数量和反射角度。通过1bit编码我们可以实现二分束器和四分束器，并同时可以调控波束方向θ。通过2bit编码我们可以实现单束电磁波不同方向的调控。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：我们通过改变硅介质的X臂的厚度来设计不同编码单元，成功构建了一个2
‑
bit模型。为了区分编码单元状态，我们将它们编为
‘0’
，
‘1’
，
‘2’
，
‘3’
>四种状态，并通过编码该单元实现了远场电磁波的分束和定向偏移。其特征在于，包括：
[0006]全介质编码单元主体结构由长方体底座和其上的交叉介质柱组成，通过改变介质X臂的厚度来设计不同编码，底部使用PEC材料防止电磁波透射。使用硅作为该超材料结构的介质材料，其相对介电常数为11.9。
[0007]所述的主体结构如图1所示，该结构单元周期P＝100um，介质柱高度H＝140um，单元的X臂的宽度由长度L作为变量，单元0的X臂的长为L＝80um，宽为L/4＝20um；单元1的X臂长为L＝60um，宽为L/4＝150um；单元2的X臂长为L＝40um，宽为L/4＝10um；单元3的X臂长为长为L＝20um，宽为L/4＝5um。
[0008]所述的底面PEC反射层结构单元如图一所示，为长宽100mm，高度2mm的长方体层附着在硅结构下。
[0009]通过介质X臂的厚度改变而设计的单元，其反射相位需要进行归一化处理，并根据不同的相位定义为不同数字状态，由于采用2bit编码，因此编码出0，1，2，3四种状态。为了计算分析的方便和减小单元间耦合对计算结果的影响，我们将M
×
M个状态相同的单元晶胞组成超级单元，最终超表面由N
×
N个超级单元组成。
[0010]本专利技术的有益效果是：
(1)使用全介质超材料的结构设计避免了传统金属单元易破碎、热传导性高、欧姆损耗高、对环境的适应能力较差等缺点，体积小，成本低；(2)多波数调控：1bit编码时，改变编码超表面的编码模式可以获得两束或者四束电磁波并消除主反射方向。在2bit时可以获得单束偏折波。(3)多角度调控：在1bit时，改变编码超表面的编码的周期性便可以改变两束或者四束的消除主反射方向的轴对称反射波的角度θ。在2bit改变编码模式可以获得θ不变φ改变的单独的偏折波。
附图说明
[0011]图1(a)单元晶胞俯视图。(b)单元晶胞结构图。(c)四个单元晶胞示意图。
[0012]图2(a)单元晶胞相位图。(b)单元晶胞幅度图。A1，A2，A3，A4分别为编码单元
‘0’
、
‘1’
、
‘2’
、
‘3’
状态。
[0013]图3表示一位模型在2种不同编码情况下的远场图。(a)X1编码方式的远场3D图。(b)Y1编码方式的远场3D图。(c)X1编码方式的远场2D图，角度为(28.5
°
，0
°
)、(27.5
°
，180
°
)。(d)Y1编码方式的远场2D图，角度为(27.5
°
，90
°
)、(27.5
°
，270
°
)。
[0014]图4表示一位模型在改变超级单元大小情况下(N＝6)的远场图。(a)X2编码方式的远场3D图。(b)Y2编码方式的远场3D图。(c)X2编码方式的远场2D图，角度为(12.7
°
，0
°
)、(12.7
°
，180
°
)。(d)Y2编码方式的远场2D图，角度为(12.7
°
，90
°
)、(12.7
°
，270
°
)。
[0015]图5表示一位模型在XY轴方向同时编码情况下不同编码模式下的远场图(N＝2)。(a)X1Y1编码方式的远场3D图。(b)X2Y2编码方式的远场3D图。(c)X1Y1编码方式的远场2D图，角度为(38.7
°
，45
°
)、(38.7
°
，135
°
)、(38.7
°
，225
°
)、(38.7
°
，315
°
)。(d)X2Y2编码方式的远场2D图，角度为(19.5
°
，45
°
)、(19.5
°
，135
°
)、(19.5
°
，225
°
)、(19.5
°
，315
°
)。
[0016]图6表示二位模型下不同编码模式下的远场图(N＝2)。(a)X
′1编码方式的远场3D图。(b)X
′2编码方式的远场3D图。(c)Y
′1编码方式的远场3D图。(d)Y
′2编码方式的远场3D图。
[0017]图7表示二位模型下不同编码模式下的2D远场图(N＝2)。(a)编码方式的远场2D图，角度为(27.5
°
，0
°
)。(b)编码方式的远场2D图，角度为(14.5
°
，45
°
)。(c)编码方式的远场2D图，角度为(27.5
°
，90
°
)。(d)编码方式的远场2D图，角度为(14.5
°
，90
°
)
具体实施方式
[0018]为使本专利技术实施的方法、目的及技术方案更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案，性能指标进行更加详细的描述。
[0019]图1(a)为该全介质单元晶胞俯视图的设计，图1(b)为单元晶胞结构图。图1(c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全介质编码超表面的太赫兹波束调控器，属于人工电磁超材料领域，其特征在于，包括：该编码超表面由表层的3D硅介质层，以及底部PEC反射层组成。通过对编码模式的设计可以实现多位编码超表面对反射波波束的角度以及波束的数目进行调控。2.根据权利要求1所述的一种基于全介质编码超表面的太赫兹波束调控器，其特征在于：全介质编码单元主...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丙刚，刘金荣，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：