一种可调介电超表面的制作方法

本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种可调介电超表面。

背景技术：

超表面作为一种特殊人工电磁超材料，由于其控制电磁波传播的能力，在光学领域吸引了研究者极大的关注。

现有的超表面通常采用金属-介质-金属三层结构，利用金属表面周期或非周期排列的谐振单元来产生特定的相位、振幅响应，从而调控电磁波的散射波形。谐振单元是固定在金属表面上的，一旦整个结构确定了并制造出来，就不能发生改变，也只能针对特定的相位和振幅响应。

因此，如何提供一种可以调整的超表面，用以控制电磁波的散射波形成为业界亟须解决的重要课题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种可调介电超表面。

本发明提出一种可调介电超表面，包括金属板，其中：所述金属板所在的平面与电磁波的传播方向垂直，所述金属板上设置有阵列排布的多个具有相同尺寸的亚波长孔，同一行或同一列相邻的亚波长孔之间的间距相等，且每个亚波长孔的中心位置均分别设置有贯穿亚波长孔的介电颗粒，每个介电颗粒在所述金属板两侧伸出的长度相等；每个介电颗粒在所述金属板所在的平面上的投影形状相同，不同的介电颗粒在电磁波的传播方向上具有不同的尺寸，其中，不同的介电颗粒在电磁波的传播方向上的尺寸由预设的电磁波散射波形确定。

本发明提供的可调介电超表面，通过在金属板上的亚波长孔上设置不同尺寸的介电颗粒，实现对电磁波散射波形的调控，使得对电磁波散射波形的调控方便和灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例可调介电超表面的正视结构示意图；

图2为本发明实施例可调介电超表面的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例可调介电超表面的部分介电颗粒的相位分布图；

图4为本发明实施例可调介电超表面的电场分布图；

附图标记说明：

1-金属板；2-亚波长孔；

3-介电颗粒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例可调介电超表面的正视结构示意图，如图1所示，本发明提供的可调介电超表面，包括金属板1，其中：金属板1所在的平面与电磁波的传播方向垂直，金属板1上设置有阵列排布的多个具有相同尺寸的亚波长孔2，同一行或同一列相邻的亚波长孔之间的间距相等，且每个亚波长孔2的中心位置均分别设置有贯穿亚波长孔的介电颗粒3，每个介电颗粒3在金属板两侧伸出的长度相等，可以使用聚四氟乙烯等在微波波段对电磁波无影响的介质来填充亚波长孔以固定介电颗粒3；每个介电颗粒3在金属板1所在的平面上的投影形状相同，不同的介电颗粒3在电磁波的传播方向上具有不同的尺寸，其中，不同的介电颗粒3在电磁波的传播方向上的尺寸由预设的电磁波散射波形确定，根据需要确定预设的电磁波散射波形，得到所需的相位梯度，按照所需的相位梯度分布确定固定在亚波长孔中心的介电颗粒分布，当需要调节所需的电磁波散射波形时，改变部分或者全部的介电颗粒的尺寸。

金属板1对电磁波具有反射作用，亚波长孔2用于固定介电颗粒3，亚波长孔2之间的间距影响电磁波的相位，同一行或同一列相邻的亚波长孔2之间的间距设置为相等，则所有亚波长孔2之间的间距对电磁波相位的影响都一致，后续只需要考虑介电颗粒3对电磁波相位的影响；介电颗粒3用于传播电磁波，正是设置不同的介电颗粒在电磁波的传播方向上具有不同的尺寸，而产生超常透射的现象；设置每个介电颗粒在所述金属板两侧伸出的长度相等，保证了电磁波的能量能够有效地穿过亚波长孔。

根据广义菲涅耳定律，当电磁波垂直入射超表面时，超表面会给入射的电磁波提供线性梯度的相位突变，使得折射角不会为0。由如下公式表示：

其中，φ是由超表面引起的特定点的相位不连续，x为超表面上特定两点间的距离，nt和ni分别是出射和入射的折射率，θt和θi分别是出射和入射的角度，λ为入射电磁波在真空中的波长。

若提供合适的dφ/dx值，则折射后的电磁波可以有任意的传播方向。不同尺寸的介电颗粒对入射电磁波有着不同的响应，且介电颗粒的谐振频率随尺寸的变化呈线性的变化，通过模拟优化最终可以得到合适的介电颗粒的尺寸。

本发明提供的可调介电超表面，通过在金属板上的亚波长孔上设置不同尺寸的介电颗粒，实现对电磁波散射波形的调控，使得对电磁波散射波形的调控方便和灵活。

在上述实施例的基础上，进一步地，位于同一行或同一列的多个介电颗粒3在电磁波的传播方向上的尺寸呈周期性变化，在每个周期内所述尺寸依次增加或减小，以获得电磁波相位的变化，所述周期与电磁波相位变化的周期2π相对应。

在上述实施例的基础上，进一步地，位于同一行或同一列的多个介电颗粒3在电磁波的传播方向上的尺寸依次均匀递增或递减，以获得电磁波相位的递增或递减变化。

在上述各实施例的基础上，进一步地，介电颗粒3在所述金属板1所在的平面上的投影形状为正方形，例如边长为2mm的正方形。

在上述各实施例的基础上，进一步地，压波长孔2的形状为圆形。

在上述各实施例的基础上，进一步地，金属板1的材料为铜或铝。

在上述各实施例的基础上，进一步地，介电颗粒3的介电常数为120，损耗正切为0.002。

下面以一个具有特定散射方向的超表面实施例对本发明作更进一步的说明。为了实现对电磁波的调节，采用金属板1的厚度为0.1mm，在金属板1上有12个亚波长孔2，呈线性排列，亚波长孔2为圆形，半径为1.5mm，相邻亚波长孔之间的距离为5mm，介电颗粒3在金属板1所在的平面上的投影形状为边长为2mm的正方形，沿电磁波的传播方向上的尺寸l从3.2mm到7.6mm，以间隔0.4mm依次递加。金属板1材料为铜或铝，介电颗粒3的介电常数为120，损耗正切为0.002。

图3为本发明实施例可调介电超表面的部分介电颗粒的相位分布图，如图3所示，随着介电颗粒3沿电磁波的传播方向上的尺寸l的变化，电磁波相位的变化呈现出明显的梯度变化，而且相位变化跨度很大，可以覆盖2π的相位变化，可以通过有限尺寸的介电颗粒3得到恒定的相位梯度，从而可以无限延伸可调介电超表面，能够很好的实现电磁波散射波形调控。

图4为本发明实施例可调介电超表面的电场分布图，如图4所示，电磁波垂直入射到上一实施例的可调介电超表面后散射波形发生明显的偏折，且这种波形的变化符合介电颗粒3相位响应对应的梯度变化。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。