本公开涉及太赫兹通信，尤其涉及一种全空间编码超表面结构及其模型生成方法。
背景技术：
1、全空间编码超表面结构具有同时调节透射和反射的电磁波波前的能力，并且能够集成多个功能于一个超表面中，因此，全空间编码超表面结构是调控电磁波的理想结构。
2、目前，相关技术中的全空间编码超表面结构主要分为三类：第一类的全空间编码超表面结构在不同的入射频率下分别实现透射空间和反射空间的独立波前调控；第二类全空间编码超表面结构在不同的入射偏振态下分别实现透射空间和反射空间的独立波前调控；第三类全空间编码超表面结构在不同的入射方向下分别实现透射空间和反射空间的独立波前调控。
3、在实现本公开构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：上述这三类全空间编码超表面结构均无法在同一入射频率、同一入射偏振态和同一入射方向状态下实现透射空间和反射空间的独立波前调控。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本公开提供了全空间编码超表面结构及其模型生成方法。
2、根据本公开的第一个方面，提供了一种全空间编码超表面结构，上述全空间编码超表面结构的一侧为透射空间，另一侧为反射空间；上述全空间编码超表面结构包括：等间距且均匀地排列的多个超表面结构单元；
3、上述多个超表面结构单元中的每个超表面结构单元包括第一介质层、第二介质层和第三介质层；其中，上述第一介质层与上述第二介质层的连接方式为粘接，上述第二介质层与上述第三介质层的连接方式为粘接，上述第一介质层的中心轴线、上述第二介质层的中心轴线和上述第三介质层的中心轴线重合；
4、入射光线经过上述第三介质层、上述第二介质层和上述第一介质层，以在上述透射空间内产生透射光线和透射波相位；入射光线经过上述第三介质层和上述第二介质层，并返回至上述第三介质层，以在上述反射空间内产生反射光线和反射波相位；
5、上述透射波相位和上述反射波相位是基于上述第一介质层、上述第二介质层和上述第三介质层的尺寸参数确定的，上述透射波相位与上述反射波相位互相独立，以实现上述全空间编码超表面结构对上述透射空间和上述反射空间的独立调控。
6、根据本公开的实施例，上述第一介质层为第一硅圆柱，上述第二介质层为二氧化硅衬底，上述第三介质层为第二硅圆柱。
7、根据本公开的实施例，上述第一硅圆柱的尺寸参数包括第一半径，上述二氧化硅衬底的尺寸参数包括长度、宽度和厚度；上述第二硅圆柱的尺寸参数包括第二半径。
8、根据本公开的实施例，上述多个超表面结构单元包括第一种超表面结构单元、第二种超表面结构单元、第三种超表面结构单元和第四种超表面结构单元；
9、上述透射波相位与上述反射波相位互相独立包括：
10、上述第一种超表面结构单元的透射波相位为第一相位，上述第一种超表面结构单元的反射波相位为第一相位；
11、上述第二种超表面结构单元的透射波相位为第一相位，上述第二种超表面结构单元的反射波相位为第二相位；
12、上述第三种超表面结构单元的透射波相位为第二相位，上述第三种超表面结构单元的反射波相位为第一相位；
13、上述第四种超表面结构单元的透射波相位为第二相位，上述第四种超表面结构单元的反射波相位为第二相位。
14、根据本公开的实施例，在上述第二介质层的尺寸参数确定的情况下，上述透射波相位和上述反射波相位是基于上述第一介质层、上述第二介质层和上述第三介质层的尺寸参数确定的包括：
15、在上述第一半径为第一数值、第二半径为第二数值的情况下，上述第一种超表面结构单元的透射波相位为第一相位，上述第一种超表面结构单元的反射波相位为第一相位；
16、在上述第一半径为第三数值、第二半径为第四数值的情况下，上述第二种超表面结构单元的透射波相位为第一相位，上述第二种超表面结构单元的反射波相位为第二相位；
17、在上述第一半径为第五数值、第二半径为第六数值的情况下，上述第三种超表面结构单元的透射波相位为第二相位，上述第三种超表面结构单元的反射波相位为第一相位；
18、在上述第一半径为第七数值、第二半径为第八数值的情况下，上述第四种超表面结构单元的透射波相位为第二相位，上述第四种超表面结构单元的反射波相位为第二相位。
19、根据本公开的实施例，上述全空间编码超表面结构为光栅超表面编码结构，上述光栅超表面编码结构包括多个超表面结构单元；
20、上述光栅超表面编码结构包括第一透射端和第一反射端，上述光栅超表面编码结构的透射波相位的排布和上述反射波相位的排布不同。
21、根据本公开的实施例，上述全空间编码超表面结构为菲涅尔透镜超表面编码结构，上述菲涅尔透镜超表面编码结构包括多个超表面结构单元；
22、上述菲涅尔透镜超表面编码结构包括第二透射端和第二反射端，上述菲涅尔透镜超表面编码结构的透射波相位的排布和上述反射波相位的排布不同。
23、根据本公开的实施例，上述多个超表面结构单元交替放置在上述菲涅尔透镜超表面编码结构的上述第一介质层的q个环带和上述第三介质层的r个环带上，其中，q，r为正整数，且q≠r。
24、根据本公开的第二个方面，提供了一种全空间编码超表面结构的模型生成方法，包括：
25、确定超表面结构单元的形状、材料和尺寸参数；
26、对上述超表面结构单元的尺寸参数进行扫描，得到透射振幅分布图、透射相位分布图、反射振幅分布图和反射相位分布图；
27、基于上述透射振幅分布图、上述透射相位分布图、上述反射振幅分布图和上述反射相位分布图，确定透射波相位与反射波相位互相独立的多个超表面结构单元；
28、其中，多个超表面结构单元中的每个超表面结构单元包括第一介质层、第二介质层和第三介质层；上述透射波相位和上述反射波相位是基于上述第一介质层、上述第二介质层和上述第三介质层的尺寸参数确定的；
29、基于上述透射波相位与反射波相位互相独立的上述多个超表面结构单元，生成由等间距且均匀地排列的上述多个超表面结构单元组成的全空间编码超表面结构的模型；其中，全空间编码超表面结构的模型包括光栅超表面编码结构的模型和菲涅尔透镜超表面编码结构的模型。
30、根据本公开的实施例，上述的模型生成方法，还包括：
31、基于电磁仿真软件对上述全空间编码超表面结构的模型进行仿真，得到上述全空间编码超表面结构的模型的衍射级次分布结果和电场分布图。
32、根据本公开提供的全空间编码超表面结构及其模型生成方法，全空间编码超表面结构的一侧为透射空间，另一侧为反射空间。全空间编码超表面结构包括：等间距且均匀地排列的多个超表面结构单元。多个超表面结构单元中的每个超表面结构单元包括第一介质层、第二介质层和第三介质层。入射光线经过第三介质层、第二介质层和第一介质层，以在透射空间内产生透射光线和透射波相位。入射光线经过第三介质层和第二介质层，并返回至第三介质层，以在反射空间内产生反射光线和反射波相位。透射波相位和反射波相位是基于第一介质层、第二介质层和第三介质层的尺寸参数确定的，透射波相位与反射波相位互相独立，以实现全空间编码超表面结构在同一入射频率、同一入射偏振态和同一入射方向状态下对透射空间和反射空间的独立调控。