波束位移的调控方法和波束位移器件

本技术属于超构表面，尤其涉及一种波束位移的调控方法和波束位移器件。

背景技术：

1、当一束光从光密介质入射到光疏介质中被全反射时，光会沿着界面传播一段距离再被反射出去，也即光束的偏移效应是在两种不同媒质的分界面上，反射光束相对于入射光束的几何光学位置存在一个侧向位移，这个位移称为古斯-汉欣(gh)位移。gh位移的产生机理为入射光是由一系列不同入射方向的平面波组成的，这些平面波在反射时会经历不同的相变，各个反射平面波叠加而产生的相位突变，在空间上的体现就是光束的gh位移。可控的gh位移在表面等离子体共振成像探测、生物传感以及光束的灵活操控和定位方面具有重要的意义，已被应用于位移、折射率、不规则性或表面粗糙度的检测和化学传感器中。

2、目前随着手性介质、电介质膜、光子晶体、吸收介质等新型材料的出现，对于波束调控的手段也越来越多，但构造新型的光束或者新的光学结构导致系统复杂度高，不够轻便，成本高，设备要求苛刻和不利于实现集成化，造成调控方法的复杂度高、成本高以及调控器件要求苛刻。

3、现有技术存在调控方法的复杂度高、成本高以及调控器件要求苛刻的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种波束位移的调控方法和波束位移器件，可以解决调控方法的复杂度高、成本高以及调控器件要求苛刻的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种波束位移的调控方法，应用于波束位移器件，所述波束位移器件包括沿同一方向依次间隔分布的多个元胞结构，所述调控方法包括：

3、获取所述元胞结构的结构数据和所述元胞结构的工作频率；

4、基于所述结构数据和所述工作频率，以预设入射波长分别以多个入射角入射至所述元胞结构确定各所述入射角对应的透射率及透射相位；

5、基于各所述入射角、各所述透射率及各所述透射相位，确定所述入射角、所述透射率及透射相位三者之间的关联曲线；

6、基于所述关联曲线，以所述预设入射波长的入射波入射至预设调节方式的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述预设调节方式对应的横向位移。

7、在其中一个实施例中，所述元胞结构包括第一椭圆结构和第二椭圆结构，所述第二椭圆结构的长轴与所述第一椭圆结构的长轴垂直，所述预设调节方式包括第一预设调节方式，所述第一预设调节方式表征调节所述第二椭圆结构的长轴沿逆时针方向的旋转角度；

8、以所述预设入射波长的入射波入射至预设调节方式的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述预设调节方式对应的横向位移，包括：

9、以所述预设入射波长的入射波在预设入射角度入射至所述第一预设调节方式的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述第一预设调节方式对应的横向位移。

10、在其中一个实施例中，所述旋转角度包括第一旋转角度和第二旋转角度，所述横向位移包括第一横向位移和第二横向位移；

11、以所述预设入射波长的入射波在预设入射角度入射至所述第一预设调节方式的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述第一预设调节方式对应的横向位移，包括：

12、以所述预设入射波长的入射波在所述预设入射角度入射至所述第一旋转角度的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述第一旋转角度对应的所述第一横向位移；

13、以所述预设入射波长的入射波在所述预设入射角度入射至所述第二旋转角度的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述第二旋转角度对应的所述第二横向位移；

14、其中，所述第一旋转角度小于所述第二旋转角度，所述第一横向位移大于所述第二横向位移。

15、在其中一个实施例中，所述元胞结构包括第一椭圆结构和第二椭圆结构，所述第二椭圆结构的长轴与所述第一椭圆结构的长轴垂直，所述预设调节方式包括第二预设调节方式，所述第二预设调节方式表征调节所述第二椭圆结构的短轴长度；

16、以所述预设入射波长的入射波入射至预设调节方式的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述预设调节方式对应的横向位移，包括：

17、以所述预设入射波长的入射波入射至所述第二预设调节方式的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述第二预设调节方式对应的横向位移。

18、在其中一个实施例中，所述预设入射角度包括第一预设入射角度和第二预设入射角度，所述第二椭圆结构的短轴长度包括第一短轴长度和第二短轴长度，所述横向位移还包括第三横向位移和第四横向位移；

19、以所述预设入射波长的入射波入射至所述第二预设调节方式的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生与所述第二预设调节方式对应的横向位移，包括：

20、以所述预设入射波长的入射波从所述第一预设入射角度入射至所述第一短轴长度的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述第一短轴长度对应的所述第三横向位移；

21、以所述预设入射波长的入射波从所述第二预设入射角度入射至所述第二短轴长度的所述元胞结构，通过将所述元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定所述入射波在所述元胞结构内发生的与所述第二短轴长度对应的所述第四横向位移；

22、其中，所述第一短轴长度大于所述第二短轴长度，所述第一预设入射角度大于所述第二预设入射角度，所述第三横向位移小于所述第四横向位移。

23、在其中一个实施例中，所述预设入射波长为所述元胞结构的长度的预设倍数，所述元胞结构的长度的取值范围为1mm～50cm，所述预设倍数的取值范围为0.5～3。

24、在其中一个实施例中，所述入射角包括工作角度，所述工作角度为所述关联曲线中所述透射率大于或者等于0.8对应的入射角度。

25、第二方面，本技术实施例提供了一种用于实现第一方面内容中任一项所述方法的波束位移器件，所述波束位移器件包括沿同一方向依次间隔分布的多个元胞结构；

26、其中，所述元胞结构包括第一椭圆结构和第二椭圆结构，所述第一椭圆结构的长轴的方向与各所述元胞结构依次间隔分布的方向相同，所述第二椭圆结构的长轴与所述第一椭圆结构的长轴垂直，所述第一椭圆结构的长轴的第一长轴长度大于所述第二椭圆结构的长轴的第二长轴长度；

27、其中，所述第一椭圆结构与所述第二椭圆结构的材质均为声学硬边界或者理想电导体。

28、在其中一个实施例中，所述第二椭圆结构位于所述第一椭圆结构的长轴的端部一侧；所述元胞结构之间的间隔位置及所述第一椭圆结构与所述第二椭圆结构之间的间隔位置均为空气介质。

29、在其中一个实施例中，所述入射波从所述元胞结构的所述第一椭圆结构的远离所述第二椭圆结构的一侧射入，出射波从所述元胞结构的所述第二椭圆结构的的远离所述第一椭圆结构的一侧射出。

30、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面内容中的相关描述，在此不再赘述。

31、本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

32、本技术实施例提供了一种波束位移的调控方法，应用于波束位移器件，波束位移器件包括沿同一方向依次间隔分布的多个元胞结构，调控方法通过获取元胞结构的结构数据和元胞结构的工作频率；基于结构数据和工作频率，以预设入射波长分别以多个入射角入射至元胞结构确定各入射角对应的透射率及透射相位；基于各入射角、各透射率及各透射相位，确定入射角、透射率及透射相位三者之间的关联曲线；基于关联曲线，以预设入射波长的入射波入射至预设调节方式的元胞结构，通过将元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定入射波在元胞结构内发生的与预设调节方式对应的横向位移，相比于现有技术，由于只需要获取元胞结构的入射角、透射率及透射相位三者之间的关联曲线，再以入射波入射至预设调节方式的元胞结构，通过将元胞结构设置为第二类边界条件进行有限元仿真计算来确定与预设调节方式对应的横向位移，降低了调控方法的复杂度和成本，降低了调控器件的要求，提高了波束位移的调控效率。