[发明专利]一种基于液晶材料的动态超构表面

权利要求书

1.一种基于液晶材料的动态超构表面，其特征在于，包括从下至上依次层叠的衬底、反射镜、由超构表面电极和液晶单元构成的超构表面结构层、透射电极层以及透射基板；可见光或红外光束由所述透射基板入射到所述动态超构表面，经所述超构表面结构层调制和所述反射镜反射后沿设定方向射出；所述衬底和透射基本分别用于提供物理支撑和电学隔离；所述反射镜兼作所述超构表面电极和液晶单元的公共电极；所述超构表面电极为金属材料的光栅阵列，所述液晶单元填充于超构表面电极的各相邻光栅之间，且液晶单元的上表面完全覆盖超构表面电极的上表面；所述透射电极层为与液晶单元的排布方式一致且相对设置的透射电极阵列，各透射电极分别为相应的两相邻光栅之间的液晶单元独立施加相同或不同的电压，使不同位置的液晶单元内的液晶分子具有不同的朝向，从而为入射光施加不同的相位调制。

2.根据权利要求1所述的动态超构表面，其特征在于，所述超构表面电极为沿x方向布设、沿y方向延展的线栅形阵列，入射光为沿y方向的s偏振光，z方向为沿所述动态超构表面厚度方向；各线栅在xz平面内的截面为矩形或梯形。

3.根据权利要求1所述的动态超构表面，其特征在于，所述超构表面电极为沿xy平面布设的光栅阵列或格栅阵列，z方向为沿所述动态超构表面厚度方向，入射光的偏振态与液晶分子的初始朝向平行，各光栅或格栅在xy平面内的截面形状可为圆形或任意多边形。

4.根据权利要求1所述的动态超构表面，其特征在于，所述衬底选用与CMOS工艺兼容的硅材料制成。

5.根据权利要求1所述的动态超构表面，其特征在于，所述透射基板选用透明电介质材料制成。

6.根据权利要求1所述的动态超构表面，其特征在于，所述反射镜选用电阻率在10^-6Ω·m以下的金属材料制成。

7.根据权利要求1所述的动态超构表面，其特征在于，所述液晶单元选取对入射光透明且具有双折射效应的液晶材料制成。

8.根据权利要求1所述的动态超构表面，其特征在于，所述透射电极层的厚度为几十至几百纳米，采用氧化铟锡导电玻璃或非晶硅材料制成。

9.根据权利要求1所述的动态超构表面，其特征在于，所述超构表面电极的阵列周期和高度均为入射光波长的1/10至一个波长的长度范围；超构表面电极的光栅宽度和间距为工作波长的1/20至一个波长；所述液晶单元上表面超出超构表面电极上表面的高度为工作波长的1/10至一个波长。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的其特征在于，通过时域有限差分或严格耦合波分析方法，计算不同结构尺寸的超构表面在不同液晶转角下下对入射光的相位和透过率的调制幅度，以此确定所述超构表面电极的尺寸。