偏振不敏感的相位梯度超表面的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波领域，特别涉及一种基于材料的偏振不敏感的相位梯度超表面。
【背景技术】
[0002]相位梯度超表面是一种具有亚波长厚度并能够调控电磁波传播特性的平面结构超材料。相位梯度超表面可将入射电磁波親合为伪表面波或使入射电磁波产生异常反射，在电磁隐身技术中具有重要的应用价值。伪表面波本质上就是类似于表面等离子体激元(Surface Plasmon PoIaritons, SPPs)独特现象，通常也称为伪SPPs。SPPs是指导体介质界面产生的电荷集体震荡现象。当电磁波作用到导体-介质界面时，导体中的自由电子与电磁波相互作用，导致自由电子浓度涨落，当入射电磁波的频率与自由电子的集体震荡频率一致时，便产生了强烈限制在金属表面传播、在垂直于表明的方向上能量急剧衰减的具有独特性质的SPPs。通常将垂直入射到超材料表面上的电磁波转换成类似于伪SPPs的器件或结构称为表面波親合器(surface wave coupler)，它在高分辨率频谱成像、高数据速率短距离通信、材料分析、化学和生物传感以及电磁隐身等领域具有巨大的应用潜力。当前设计的基于相位梯度超表面的表面波耦合器对电磁波的偏振敏感的。也就是说设计的超表明只对特定偏振方向的电磁波耦合成表面波，当入射电磁波偏振方向发生改变时，其作用就减弱或消失了。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对电磁波偏振不敏感，效率高的偏振不敏感的相位梯度超表面。
[0004]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，具有这样的特征，包括:表层金属膜，由至少一个超单元结构均匀排列成平面阵列构成;介质基板，与表层金属膜相贴合；以及金属背板，与介质基板相贴合，其中，超单元结构由九个小单元构成，呈3 X 3超表面，九个小单元中包含有三种不同几何参数结构，三种不同几何参数结构组合在一个超单元结构中形成固定的相位梯度，超单元结构的三种不同几何参数结构为周期图案阵列，几何参数结构中间具有十字型开缝。
[0005]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，几何参数结构为椭圆形、长方形、三角形、菱形等规则周期性结构。
[0006]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，相邻超单元结构之间的相位差为固定的常数。
[0007]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，几何参数结构的边长分别为px和py，表层金属膜和金属背板的厚度为tm。
[0008]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，十字型开缝的边长为I1，十字型开缝的边宽为I2，十字型开缝的外弧形半径为R1，十字型开缝的缝隙宽度为g。
[0009]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，介质基板的厚度为ts。
[0010]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，Px的范围为5mm?50mm，py的范围为5mm?50mm，tm的范围为0.0lmm?0.1mm。
[0011]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，I1的范围为5mm?50mm，12的范围为2.5mm?25mm，Ri的范围为3mm?30mm，g的范围为0.05mm?2mm。
[0012]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，ts的范围为 Imm ?15mm ο
[0013]本发明提供的偏振不敏感的相位梯度超表面，还具有这样的特征:其中，表层金属膜和金属背板通过印刷电路板工艺焊接在介质基板。
[0014]发明作用和效果
[0015]根据本发明所涉及的偏振不敏感的相位梯度超表面，能将入射到超表面结构上的传输波高效的转换成耦合的伪表面波，能够应用于微波或光波波导器件、以及电磁波传输调制器件，有望在通信、电磁隐身等领域产生广泛的应用，在环境科学、信息、国家安全及基础物理研究领域有着广阔的应用价值，将会带来巨大社会经济效应。
【附图说明】
[0016]图1是本发明在实施例中偏振不敏感的相位梯度超表面二维阵列的结构示意图；
[0017]图2是本发明在实施例中超单元结构的结构立体图；
[0018]图3是本发明在实施例中超单元结构二维阵列的结构示意图；
[0019]图4是本发明在实施例中小单元的结构立体图；以及
[0020]图5是本发明在实施例中仿真实验得到相位梯度超表面在垂直入射不同偏振角情况下的反射率曲线图。
【具体实施方式】
[0021]以下参照附图及实施例对本发明所涉及的偏振不敏感的相位梯度超表面作详细的描述。
[0022]实施例
[0023]图1是本发明在实施例中偏振不敏感的相位梯度超表面二维阵列的结构示意图。
[0024]图2是本发明在实施例中超单元结构的结构立体图。
[0025]图3是本发明在实施例中超单元结构二维阵列的结构示意图。
[0026]图4是本发明在实施例中小单元的结构立体图。
[0027]如图1、图2、图3和图4所示，偏振不敏感的相位梯度超表面具有:表层金属膜1、介质基板2和金属背板3。
[0028]表层金属膜I采用铜、银或铝，本实施例中采用铜膜。表层金属膜I由复数个超单元结构1-1均匀排列成平面阵列构成。本实施例中超单元结构1-1的数量为9个，相邻的超单元结构之间的相位差为固定的常数。表层金属膜I的厚度为tm，tm的范围为0.0lmm?0.1mm。本实施例中，U为0.035mm。
[0029]超单元结构1-1由九个小单元构成，呈3X3超表面。九个小单元中包含有三种不同几何参数结构，分别为几何参数结构A、几何参数结构B和几何参数结构C。
[0030]几何参数结构可以为椭圆形、长方形、三角形、菱形等规则周期性结构。本实施例中的几何参数结构为菱形。
[0031 ]几何参数结构的边长分别为Px和Py。其中，px的