[实用新型]一种应用于太赫兹波段的1‑比特双频段电磁编码超材料

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型人工电磁材料，尤其涉及一种在太赫兹波段的频率可控的1-比特双频段电磁编码超材料。

背景技术

新型人工电磁材料，亦称电磁超材料(Metamaterials)，是将具有特定几何形状的宏观基本单元周期/非周期性地排列，或者植入到基体材料体内(或表面)所构成的一种人工材料。电磁超材料和传统意义材料的区别在于用宏观尺寸单元代替了原来微观尺寸单元(原子或分子)。尽管二者的单元尺寸相差很大，但是它们对外加电磁波的响应都是通过基本单元谐振系统与外加电磁场的相互作用来体现的。电磁超材料从媒质的角度定义了电磁波的行为，为微波器件的设计提供了新的思路和方法。

Capasso等人在2011年提出了广义斯涅尔定律，该定理是描述超材料表面电磁特性的基本定律，考虑了电磁波在超材料表面反射或者透射时产生的相位不连续性以及随之产生的异常反射和折射行为。人们可以设计人工表面结构来人为控制这种相位不连续性，进而可以利用二维超表面调控空间传播波。达到任意控制反射波和折射波的目的。实现如涡旋波束和贝塞尔波束等，甚至可以设计随机的相位分布，使得入射波束被随机散射到各个方向，形成漫反射，从而有效降低目标的雷达散射截面积，实现隐身。

以上提到的超材料的单元一般都是单频段的，即设计好的超材料的功能在相应频段内是固定的并且唯一的，不能随入射电磁波的频段改变而发生变化。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种应用于太赫兹波段的双频段电磁编码超材料，通过设计特定的数字编码矩阵并将其赋予材料中的每个基本单元，其便可在低频和高频垂直入射电磁波的照射下独立地实现不同的功能，如反常反射、反常折射、涡旋波束和贝塞尔波束等功能。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种应用于太赫兹波段的1-比特双频段电磁编码超材料，包括一个以上的超级子单元，所述超级子单元主要由N×N个基本单元结构组成，N为非零正整数；所述基本单元结构包括从上到下依次设置的第一工字型金属层、第一介质层、第二工字型金属层、第二介质层以及零透射金属层。

优选的，本实用新型基本单元结构包含4种单元结构，通过独立调节两层工字型金属结构的臂长，使得优化得到的单元结构可以在两个不同频率的电磁波照射下独立的呈现出两种数字态响应“0”和“1”，这两种数字态响应对应两种反射相位0°和180°，由于低频和高频下的数字态具有独立响应，因此得到4个不同的数字态编码，这4种不同数字态编码对应 4种基本单元结构。所述基本单元结构包含4种单元结构，4种单元结构的几何参数如下：

其中：H₁为第二工字型金属层的工字型金属结构的臂长，H₂为第一工字型金属层的工字型金属结构的臂长，0和1为两种数字态响应，0数字态响应对应反射相位0°，1数字态响应对应反射相位180°，斜线前的数字表示在低频太赫兹波照射下的反射相位数字态，斜线后的数字表示在高频太赫兹波照射下的反射相位数字态；0/0、0/1、1/0、1/1这4种不同数字态编码对应4种单元结构；

所述基本单元结构按照相应的数字编码矩阵排列在二维平面上形成超级子单元。

优选的，所述第一介质层(4)的厚度为10μm，所述第二介质层(3)的厚度为15μm，两个介质层的介电常数为3.00，损耗角正切为0.09。

优选的，所述基本单元结构的单元周期长度P为70μm。

有益效果：本实用新型提供的一种应用于太赫兹波段的双频段电磁编码超材料及基本单元结构，相比现有技术，具有以下有益效果：

1、本实用新型摒弃了传统采用等效媒质参数对超材料进行分析与设计的方案，采用离散的数字编码形式来更加简洁和有效地分析和设计超材料。

2、本实用新型巧妙的利用一种双层工字型金属结构的基本单元结构。结构较简单，相比于由单个谐振结构构成的单频段编码超材料单元结构，这种双频段的基本单元结构具有更大的设计灵活度，具体表现在本实用新型能够在改变入射波频段时实现对电磁波的不同调控功能。

3、本实用新型可通过赋予超材料不同的编码矩阵，使其在低频和高频的垂直入射电磁波的照射下独立地呈现出不同的功能，如反常反射、反常折射。所实现的器件具有定向率高，转换效率高的特点。