一种宽频带宽角度反射式半波片的制作方法

本发明属于电磁波偏振控制领域，具体涉及一种宽频带宽角度反射式半波片。

背景技术：

信息技术的发展，使得电磁波调控技术逐渐成为科研及工业界研究的热点，电磁偏振调控亦成为该技术领域的主要研究方向之一。

在电磁偏振调控技术中，一般利用半波片实现线性极化电磁波极化方向的转换，例如将一个垂直极化的电磁波转换为一个水平极化的电磁波。

但是，传统的半波片受入射电磁波的频率、入射角度以及其它相关因素的影响较大，偏振转化效果不理想，尤其是在微波、太赫兹及红外波段。

技术实现要素：

针对传统波片受限于入射波带宽和入射角度的缺点，本发明的目的是提供一种宽频带宽角度反射式半波片，用于改善上述缺点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种宽频带宽角度反射式半波片，采用腔结构，腔底为金属反射板，腔内为金属光栅以及介质层。

所述金属反射板需具备对入射波全反射的特性，其构建材料为金、银、铜、铝等金属或其它具备全反射能力的材料与结构。

所述金属光栅需具备对一种偏振入射波全透射而对另一种偏振入射波(正交于前一种偏振入射波)全反射的特性，其构建方式为由金、银、铜、铝等金属制备的成周期排列的线结构或其它可实现偏振选择全透与全反特性的材料与结构。

所述介质层的填充介质材料具备相对介电常数接近或等于2(比如在1.5与3之间)的性质。

所述金属光栅的位置需位于所述介质层的正中间。

本发明设计的宽频带宽角度反射式半波片，其工作频率可位于包括微波、太赫兹、红外以及可见光频率在内的任意波段。

本发明设计的宽频带宽角度反射式半波片，根据工作频率的设计要求，所述介质层的厚度L为入射波在介质层中波长的一半。

本发明的有益效果为：所设计的半波片具备宽频带和宽角度的响应特性，可工作在包括微波、太赫兹、红外以及可见光频率在内的任意波段，并易制备。

附图说明

图1为本发明的宽频带宽角度反射式半波片的结构示意图。

图2为介质层3所填充的介质的相对介电常数为2.5时，入射角分别为0度、30度和60度的情况下，线偏振电磁波极化转化效率的有限元计算仿真结果图。本发明中所述的入射角为图1中的θ(下同)。入射波的极化方向位于垂直于入射方向的平面内，并与光栅线条对应的z方向成+45度角。出射波的极化方向位于垂直于出射方向的平面内，并与光栅线条对应的z方向成-45度角。

图3为入射角为0度时，介质层3所填充的介质的相对介电常数分别为2、2.5和3的情况下，线偏振电磁波极化转化效率的有限元计算仿真结果图。入射波的极化方向位于垂直于入射方向的平面内，并与光栅线条对应的z方向成+45度角。出射波的极化方向位于垂直于出射方向的平面内，并与光栅线条对应的z方向成-45度角。

图4为介质层3所填充的介质的相对介电常数为1(空气)时，入射角分别为0度、30度和60度的情况下，线偏振电磁波极化转化效率的有限元计算仿真结果图。入射波的极化方向位于垂直于入射方向的平面内，并与光栅线条对应的z方向成+45度角。出射波的极化方向位于垂直于出射方向的平面内，并与光栅线条对应的z方向成-45度角。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种宽频带宽角度反射式半波片，采用腔结构，包括：金属板1、金属光栅2以及介质层3。

作为一种实施例，设计了一种工作在微波波段，中心频率为10GHz的宽频带宽角度反射式半波片。

所述金属板1，本实施例中，其材料为铜。

所述金属光栅2，本实施例中，其材料为铜。金属光栅2应具备对偏振平行于光栅方向的入射波全反射，对偏振垂直于光栅方向的入射波全透射的性质。经过仿真，发现为在10GHz波段满足此要求，光栅的参数应满足：金属线条宽度w＝0.5mm，厚度t＝0.2mm，金属线条之间的间隔p＝2mm。

所述介质层3，本实施例中，采用折射率为2.5的填充介质。

所述介质层3，本实施例中，其厚度为10GHz的波在介质中波长的一半，也即L＝9.5mm。

所述金属光栅2，本实施例中，应位于介质层3的中间，也即位于金属板1下方4.75mm处。

作为本实施例的一个验证，图2显示了介质层3所填充的介质的相对介电常数为2.5时，入射角分别为0度、30度和60度的情况下，线偏振电磁波极化转化效率的有限元计算仿真结果。由图2可见，所设计的半波片，其频响带宽大，同时对入射角度不敏感。

作为本实施例的一个补充，图3显示了入射角为0度时，介质层3所填充的介质的相对介电常数分别为2、2.5和3的情况下，线偏振电磁波极化转化效率的有限元计算仿真结果。由图3可见，介质层3所填充的介质的相对介电常数只需在2附近，并无任何严格要求。

作为本实施例的一个补充，图4显示了介质层3所填充的介质的相对介电常数为1.0(空气)时，入射角分别为0度、30度和60度的情况下，线偏振电磁波极化转化效率的有限元计算仿真结果。注意到相对介电常数为1.0等同于介质层3为空气。通过将图4和图1对比后可见，在本发明中，介质层3所起到的作用为拓宽半波片的频响带宽并降低其对入射角的敏感性。

虽然本发明已以较佳实施例如上，然其并非用以限定本发明。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通研究人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。