一种可重构极化转换超表面器件及制备方法技术

本申请提供的可重构极化转换超表面器件及制备方法，在结构层上设置微通道阵列，并使得微通道阵列由至少两种不同结构的微通道间距交错排列；在微通道上设置有周期性排列的超表面结构单元；通过外力驱动液态金属在微通道内的流动，并改变液态金属在微通道内的填充情况以重构器件的极化转换，上述器件及制备方法，将微流控技术与液态金属的结合使得微通道阵列的结构决定了超表面单元结构的大小、形状和排布方式，根据亚波长电磁学的基本理论，不同的金属微结构具有不同的谐振响应频率和阻抗匹配特性，通过改变超表面的亚波长单元结构和阵列排布方式，可以有效调控电磁波的振幅、极化、相位等物理参数从而实现电磁超表面功能的实时连续调节。的实时连续调节。的实时连续调节。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构极化转换超表面器件及制备方法


[0001]本申请涉及电磁通信
，特别涉及一种可重构极化转换超表面器件及制备方法。

技术介绍

[0002]超表面是由亚波长结构单元在二维平面上按照一定规律排列而成的，其特征尺寸小于波长。通过调整单元结构的几何参数，如尺寸、形状和排布方式，可以有效控制反射或透射波前，为电磁调控开辟了一条新的途径。由于其独特的功能，超表面最近受到了广泛的关注。在过去的几十年中，超表面结构被广泛用于各种应用领域，例如频率选择性表面，平板透镜，高折射率磁盘，天线增益增强，吸波器等。它们还用于产生轨道角动量和操控极化。相较于传统器件，且具备低损耗、轻量化和高集成度等优势。
[0003]极化是电磁波的一项重要属性，它在信号传输和敏感测量中携带电磁波重要价值信息，对于传感、影像、通信的各种应用都至关重要。实际应用中，迫切需要完全控制电磁波的极化。根据麦克斯韦方程，介质的介电常数和磁导率决定了在其内部传播的电磁波行为，天然材料的介电常数取值范围普遍狭窄，操纵电磁波的能力十分有限。电磁超表面器件的出现为极化调控提供了强有力的工具，为了适应多样化的极化调控需求，基于可重构电磁超表面的极化转换器应运而生。传统的可重构方式多采用变容二极管、PIN二极管、机械旋转等方式实现，但这些方法存在诸多限制，比如可重构状态数不足、工作带宽受限、二极管的引入会增大系统复杂度、且由于偏置电路的密集排布会引起微波信号串扰并产生较强的非线性效应。

技术实现思路

[0004]鉴于此，有必要针对现有技术中存在的可重构状态少、系统复杂度高、工作带宽窄的缺陷提供一种可实现电磁超表面功能的灵活可重构的极化转换超表面器件及制备方法。
[0005]为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
[0006]本申请目的之一，提供一种可重构极化转换超表面器件，其特征在于，包括结构层，所述结构层上设置有微通道阵列，所述微通道阵列由至少两种不同结构的微通道间距交错排列，所述微通道上设置有周期性排列的超表面结构单元，通过外力驱动液态金属在所述微通道内的流动，并改变所述液态金属在所述微通道内的填充情况以重构器件的极化转换。
[0007]在其中一些实施例中，所述结构层的上下表面分别设置有上压敏胶层及下压敏胶层。
[0008]在其中一些实施例中，所述上压敏胶层上安装有封装盖板，所述封装盖板采用PVC、PDMS、PMMA、聚酰亚胺或硅胶材料中的至少一种。
[0009]在其中一些实施例中，所述下压敏胶层上还设置有中间介质层，所述中间介质层可选择二氧化硅、硅、三氧化二铝、硅橡胶、聚二甲基硅氧烷中的至少一种。
[0010]在其中一些实施例中，所述中间介质层上还设置有金属反射层，所述金属反射层为包括银或铜或铝的薄膜材料。
[0011]在其中一些实施例中，还包括电子注射泵，所述电子注射泵注入所述液体金属并控制所述液态金属的流量、流速和流向。
[0012]在其中一些实施例中，所述封装盖板及所述上压敏胶层的对应位置布置有通孔，所述通孔与所述电子注射泵的管线口径相匹配，所述电子注射泵通过所述通孔将所述液态金属注入至到所述微通道。
[0013]在其中一些实施例中，所述微通道为直线型或折线型中的至少一种，所述微通道的宽度及长度为百微米到毫米级，所述微通道之间彼此独立且互不连通。
[0014]在其中一些实施例中，所述液态金属为镓铟锡合金。
[0015]本申请目的之二，提供一种所述的可重构极化转换超表面器件的制备方法，包括下述步骤：
[0016]在所述结构层上设置微通道阵列，并使得所述微通道阵列由至少两种不同结构的微通道间距交错排列；在所述微通道上设置有周期性排列的超表面结构单元；通过外力驱动液态金属在所述微通道内的流动，并改变所述液态金属在所述微通道内的填充情况以重构器件的极化转换。
[0017]在其中一些实施例中，在无氧环境中采用氢氧化钠溶液、盐酸或酸性油包裹所述液态金属。
[0018]本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0019]本申请提供的可重构极化转换超表面器件及制备方法，在所述结构层上设置微通道阵列，并使得所述微通道阵列由至少两种不同结构的微通道间距交错排列；在所述微通道上设置有周期性排列的超表面结构单元；通过外力驱动液态金属在所述微通道内的流动，并改变所述液态金属在所述微通道内的填充情况以重构器件的极化转换，本申请提供的可重构极化转换超表面器件及制备方法，将微流控技术与液态金属的结合使得微通道阵列的结构决定了超表面单元结构的大小、形状和排布方式，根据亚波长电磁学的基本理论，不同的金属微结构具有不同的谐振响应频率和阻抗匹配特性，通过改变超表面的亚波长单元结构和阵列排布方式，可以有效调控电磁波的振幅、极化、相位等物理参数从而实现电磁超表面功能的实时连续调节，可以只用一个器件实现不同的电磁调控功能，有利于推动电磁器件向轻量化、集成化、智能化的方向发展。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
[0021]图1为本专利技术实施例1的器件多层结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例1的多种工作状态示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例1的宽带正交线极化转换效率曲线；
[0024]图4为本专利技术实施例1的窄带正交线极化转换效率曲线；
[0025]图5为本专利技术实施例1的宽带线极化转圆极化轴比曲线。
具体实施方式
[0026]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0027]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0028]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0029]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。
[0030]实施例1
[0031]请参阅图1至图2，为本申请实施例1提供的可重构极化转换超表面器件的结构示意图，包括：封装盖板1、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重构极化转换超表面器件，其特征在于，包括结构层，所述结构层上设置有微通道阵列，所述微通道阵列由至少两种不同结构的微通道间距交错排列，所述微通道上设置有周期性排列的超表面结构单元，通过外力驱动液态金属在所述微通道内的流动，并改变所述液态金属在所述微通道内的填充情况以重构器件的极化转换。2.如权利要求1所述的可重构极化转换超表面器件，其特征在于，所述结构层的上下表面分别设置有上压敏胶层及下压敏胶层。3.如权利要求2所述的可重构极化转换超表面器件，其特征在于，所述上压敏胶层上安装有封装盖板，所述封装盖板采用PVC、PDMS、PMMA、聚酰亚胺或硅胶材料中的至少一种。4.如权利要求3所述的可重构极化转换超表面器件，其特征在于，所述下压敏胶层上还设置有中间介质层，所述中间介质层可选择二氧化硅、硅、三氧化二铝、硅橡胶、聚二甲基硅氧烷中的至少一种。5.如权利要求4所述的可重构极化转换超表面器件，其特征在于，所述中间介质层上还设置有金属反射层，所述金属反射层为包括银或铜或铝的薄膜材料。6.如权利要求5所述的可重构极化转换超表面器件，其特征在于，还包括电子注射泵，所述电子注射泵注入所述液体金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博文，邓永波，高世博，邵亚楠，林雨，韩业明，王承邈，张健宇，韩海涛，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：