[发明专利]一种基于悬链线结构的波束偏折器

说明书

本发明提供的是一种基于悬链线结构的波束偏折器，包括至下而上的介质衬底和金属悬链线结构。本发明设计巧妙，结构简单，通过对悬链线单元结构参数的调制以及所需波束偏折角度进行阵列，可实现圆偏振光入射下波束的偏折。本发明可用于设计偏振分束器等超表面功能器件。

(一)技术领域

本发明涉及电磁波相位调控技术，具体涉及一种基于悬链线结构的波束偏折器。

(二)背景技术

超表面使一种二维人工电磁超材料，通过对亚波长结构单元的特殊有序排列达到对电磁波的灵活调控。超表面已经相对成熟，基于超表面相继实现了光学成像、聚焦、偏折等功能，但这些器件都存在色差问题。

在传统的超表面中，每个结构单元是独立的，并对应于一个局域相位。通过将这些离散的单元结合起来便可以形成相位梯度超表面。但是，这种离散的相位调制会使得器件的效率降低，因此，悬链线结构的提出可以很好的解决色差以及效率问题，并且可以对电磁波束进行连续相位调控。

(三)发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种基于悬链线结构的波束偏折器，通过设计相对应偏折角度的悬链线结构参数，使得波束偏离原来的直线传播轨迹。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于悬链线结构的波束偏折器，包括至下而上的介质衬底和金属悬链线结构。首先采用金属悬链线结构实现对相位的连续调控，其次对悬链线结构参数进行设计，得到响应于偏折角度的单元结构宽度，最后将单元结构按x和y方向阵列排布，实现对波束的偏折调控。

其中，所述金属悬链线结构的厚度为h，其取值范围为为中心波长。

其中，所述悬链线结构的宽度为其中σ＝±1分别表示左旋圆偏振(LCP)与右旋圆偏振(RCP)。

其中，所述的金属材料可以为在可见光波段具有高透射率的材料。

其中，通过在一层金属板上铣出x和y方向阵列排布的悬链线结构而成。

本发明的有益效果在于：

本发明将金属结构与悬链线所具有的线性连续相位结合寄来，在可见光波段实现了波束的偏折调控。相比与传统的偏折器，效率得到了明显的提升，有利于加工制造，易于集成。

(四)附图说明

图1是本发明的悬链线单元结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是实施例1中波束偏折角为30°的电场分布示意图。

图4是实施例1中波束偏折角为30°的透射场辐射图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来进一步阐述本发明。

如图1所示，等强度悬链线函数可以表示为：

其中，Λ表示悬链线在沿x轴方向上的长度，Δ表示悬链线狭缝之间的最大距离。在悬链线结构中，曲线切线与x轴之间的倾斜角度为ξ(x)范围从-π/2到π/2，与几何相位之间的线性关系为Φ(x)＝2σξ(x)，其中σ＝±1，代表左旋与右旋圆偏振光。

为了使波束进行偏折，应设计单元结构，来控制交叉极化传输波的相前，从而使得透射的电磁波传播波前达到偏折的效果。

因此，悬链线单元结构的倾斜角度可写为：

悬链线孔径的输出边界存在φ(x)＝2σπx/Λ的线性相位分布，所以单个悬链结构就可以提供[0，2π]的突变相位。根据广义斯涅尔定律可知，偏折角可以近似为：

实施例1.