[发明专利]一种高效驱动液晶分子的太赫兹超表面

说明书

本发明公开一种高效驱动液晶分子的太赫兹超表面，从上而下依次包括顶层石英衬底层、顶层金属层、液晶层、底层金属层和底层石英衬底层；所述顶层金属层镀膜在顶层石英衬底层的下表面上，底层金属层镀膜在底层石英层的上表面上；所述顶层金属层包括按阵列排布的超表面单元，所述超表面单元包括谐振环组。本发明利用相邻金属结构之间的边缘场叠加原理驱动部分无金属覆盖区域的液晶分子，有效驱动更多的液晶分子大大提升液晶超表面的性能上限；通过对超表面单元的合理编码，该超表面实现最大66°的波束偏转。

技术领域

本发明涉及一种太赫兹超表面，尤其涉及一种高效驱动液晶分子的太赫兹超表面。

背景技术

超表面技术可以有效的控制电磁波的幅度、相位、极化以及轨道角动量等信息，越来越受到研究者们的重视。它的低剖面、小体积、低成本特点使其替代了传统的立体器件，成为目前波束控制的研究热点。通过在超表面上分布二进制编码单元和动态切换每个单元的编码状态，可以极大地方便太赫兹波束的相位操纵。

利用液晶材料实现的太赫兹超表面可以通过改变外部电场实现对超表面的编码，达到一种可电调反射面的效果。但液晶材料分子的旋转需要一定的电场来驱动，在通常情况下是通过超表面上下表面金属结构之间施加电压来实现的。这样一种方法只能够驱动超表面上下金属结构重叠的部分，其余部分由于无法形成垂直于超表面的电场，液晶分子很难发生偏转，从而无法实现可电调的功能，这样一个缺陷常常会导致超表面在实测时的效果远不及预期，大大限制了液晶材料在超表面的应用。

发明内容

发明目的：本发明旨在解决现有技术的上述不足，提供一种高效驱动液晶分子的太赫兹超表面，解决只能够驱动超表面上下金属结构重叠的部分，其余部分无法形成垂直于超表面的电场的问题。

技术方案：本发明所述的高效驱动液晶分子的太赫兹超表面，从上而下依次包括顶层石英衬底层、顶层金属层、液晶层、底层金属层和底层石英衬底层；所述顶层金属层镀膜在顶层石英衬底层的下表面上，底层金属层镀膜在底层石英层的上表面上；所述顶层金属层包括按阵列排布的超表面单元，所述超表面单元包括谐振环组。

所述谐振环组包括一个开口谐振环和两个闭口谐振环；所述两个闭口谐振环由内向外依次排布在开口谐振环的周围，每个谐振环的中心均与超表面单元的中心重合。

所述开口谐振环的外长度可调节，开口长度可调节。

所述谐振环的金属条宽度相同，谐振环之间的间距相同，金属条宽度和谐振环之间间距相同。

所述顶层金属层包括馈线，谐振环组通过馈线联通，相邻的超表面单元通过馈线联通。

所述底层金属层包括金属条，金属条方向与顶层金属层馈线方向相同，金属条长度与超表面单元的边长相同，金属条宽度为超表面单元边长的整数倍，相邻金属条之间蚀刻间隙。。

所述顶层石英层与底层石英层之间放置垫片，所述垫片与顶层石英层、底层石英层组成液晶盒，在液晶盒中灌注液晶后形成液晶层。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为利用相邻金属结构之间的边缘场叠加原理驱动部分无金属覆盖区域的液晶分子，有效驱动更多的液晶分子大大提升液晶超表面的性能上限。通过对超表面单元的合理编码，该超表面实现最大66°的波束偏转。

附图说明

图1为本发明超表面单元的结构图；

图2为只有金属覆盖区域驱动时液晶分子驱动示意图；

图3为本发明液晶内分子全部驱动液晶分子驱动示意图；

图4为本发明液晶内分子全部驱动液晶分子驱动仿真结果；

图5为只有金属覆盖区域驱动液晶分子驱动仿真结果；

图6为本发明超表面单元的反射性能图；