CN106356637A - 基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器 - Google Patents

基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN106356637A
CN106356637A CN201610828587.4A CN201610828587A CN106356637A CN 106356637 A CN106356637 A CN 106356637A CN 201610828587 A CN201610828587 A CN 201610828587A CN 106356637 A CN106356637 A CN 106356637A
Authority
CN
China
Prior art keywords
line
molded line
layer
cross
polarization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610828587.4A
Other languages
English (en)
Inventor
刘东明
牟海维
韩建
吕婷婷
史金辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeast Petroleum University
Original Assignee
Northeast Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeast Petroleum University filed Critical Northeast Petroleum University
Priority to CN201610828587.4A priority Critical patent/CN106356637A/zh
Publication of CN106356637A publication Critical patent/CN106356637A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，包括，基底层和电磁材料层，电磁材料层镀附于基底层上；电磁材料层包括N*N个基本单元，且多个基本单元呈周期性排列；每个基本单元以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且倾斜金属线与方形开口环的两个对角相接；其中，方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，第一“L”型线与第三“L”型线的尺寸一致，第二“L”型线与第四“L”型线的尺寸一致；四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽相等；基底层的厚度为微米量级，电磁材料层的厚度为纳米量级。

Description

基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器
技术领域
本发明涉及一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器。
背景技术
新型人工电磁材料(Metamaterials)又称超材料，是一种人工复合材料或复合媒介，通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常物理特性，如负折射、异常的透射和反射、隐身斗篷等。新型人工电磁材料一般是由周期性排列的基本单元构成，其电磁特性主要取决于基本单元的几何结构，且基本单元的尺寸需远小于入射电磁波的波长。
近年来，基于新型人工电磁材料来实现对电磁波偏振控制的研究得到了广泛的关注，此外，利用新型人工电磁材料的手性(2D手性和3D手性)和各向异性可以实现正交偏振转换功能的研究成果，促进了偏振转换器的集成化发展。
目前，偏振转换器对工作频带的展宽仍是一个热点研究问题，通常，宽频带的偏振转换器是通过多层的结构堆叠获取的，但这种器件的体积往往比较大，不利于器件的小型化发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，通过对电磁材料层的基本单元的结构进行改进，实现对正交偏振转换器的工作频带的展宽。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，包括，基底层和电磁材料层，电磁材料层镀附于基底层上；电磁材料层包括N*N个基本单元，且多个基本单元呈周期性排列；每个基本单元以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且倾斜金属线与方形开口环的两个对角相接；其中，方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，第一“L”型线与第三“L”型线的尺寸一致，第二“L”型线与第四“L”型线的尺寸一致；四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽相等；基底层的厚度为微米量级，电磁材料层的厚度为纳米量级。
进一步地，基底层的材质为二氧化硅。
进一步地，电磁材料层的材质为铜，金或铝。
进一步地，四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽均为w＝10μm；基底层的厚度t＝3μm，电磁材料层的厚度为tm＝200nm；方形开口环的边长a＝130μm，第一“L”型线与第二“L”型线的距离为s＝10μm，第二“L”型线的一边的长度为l＝20μm；基本单元的排列周期p＝150μm。
本发明提供的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，电磁材料层的每一个基本单元都包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，基本单元的结构符合各向异性特征，即可以实现电磁波的正交偏振转换，即，输出波形与输入波形正交，另外，基底层的厚度为微米量级，电磁材料层的厚度为纳米量级，体积小。此外，本发明的基本单元的结构为方形开口环与金属斜线的组合，从而可以实现多重谐振响应，继而利用多重谐振响应的叠加作用，实现正交偏振转换器的工作频带的展宽。
附图说明
图1是本发明实施例提供的正交偏振转换器的结构图；
图2是本发明实施例提供的正交偏振转换器的基本单元的结构立体图；
图3是本发明实施例提供的正交偏振转换器的基本单元的正面示意图；
图4是本发明实施例提供的正交偏振转换器针对x方向的入射偏振光的偏振效果图；
图5是本发明实施例提供的正交偏振转换器针对y方向的入射偏振光的偏振效果图；
图6是本发明实施例提供的正交偏振转换器的透射与反射效果定性分析图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
实施例一
结合图1，本实施例提供的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，包括，基底层1和电磁材料层2，电磁材料层2镀附于基底层1上；电磁材料层2包括N*N个基本单元9，且多个基本单元9呈周期性排列；如图2所示地，每个基本单元9以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且倾斜金属线与方形开口环的两个对角相接；其中，方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，第一“L”型线与第三“L”型线的尺寸一致，第二“L”型线与第四“L”型线的尺寸一致；四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽相等；基底层1的厚度为微米量级，电磁材料层2的厚度为纳米量级。
本发明实施例提供的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，电磁材料层2的每一个基本单元9都包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，基本单元9的结构符合各向异性特征，即可以实现电磁波的正交偏振转换，即，输出波形与输入波形正交，另外，基底层1的厚度为微米量级，电磁材料层2的厚度为纳米量级，体积小。此外，本发明实施例的基本单元9的结构为方形开口环与金属斜线的组合，从而可以实现多重谐振响应，继而利用多重谐振响应的叠加作用，实现正交偏振转换器的工作频带的展宽。
优选地，基底层1的材质为二氧化硅。本实施例采用二氧化硅作为基底层1，其厚度更易精准控制且其折射率受制备过程影响不大，可靠性高。
优选地，电磁材料层2的材质为铜，金或铝。
进一步优选地，如图3所示地，四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽均为w＝10μm；基底层1的厚度t＝3μm，电磁材料层2的厚度为tm＝200nm；方形开口环的边长a＝130μm，第一“L”型线与第二“L”型线的距离为s＝10μm，第二“L”型线的一边的长度为l＝20μm；基本单元9的排列周期p＝150μm，也就是说，每两个基本单元9的间隔为g＝20μm。
本实施例中，可以通过调节基本单元9的尺寸来实现对不同电磁波的控制。且当四条“L”型线的线宽和倾斜金属线的线宽均为w＝10μm；基底层1的厚度t＝3μm，电磁材料层2的厚度为tm＝200nm；方形开口环的边长a＝130μm，第一“L”型线与第二“L”型线的距离为s＝10μm，第二“L”型线的一边的长度为l＝20μm；每两个基本单元9的间隔为g＝20μm时，能够对太赫兹波实现正交偏振控制。
实施例二
本实施例中，当基本单元9的尺寸为适合太赫兹频段的正交偏振转换器时，以实现对太赫兹波的正交偏振为例，阐述正交偏振转换器的工作原理。
如图4所示地，给本实施例正交偏振转换器设置一个xyz坐标轴作为工作平台，其中，z轴垂直于正交偏振转换器的表面。
如图4所示，当x方向偏振的线偏振光3沿-z方向垂直入射到正交偏振转换器的表面时，正交偏振后透射输出光为4，且反射输出光为5，其中，入射线偏振光3为x方向偏振的线偏振光，而偏振输出光中，透射输出光4和反射输出光5均为y方向偏振输出光，即发生了正交偏振转换。此外，透射输出光4和反射输出光5的频带宽度明显比入射线偏振光3的宽，即实现了正交偏振转换器的工作频带的展宽。
如图5所示地，当y方向偏振的线偏振光6垂直入射到正交偏振转换器的表面时，输出的正交偏振透射光为7，反射光为8，其中，入射线偏振光6为y方向偏振的线偏振光，而偏振输出光中，透射输出光7和反射输出光8均为x方向偏振输出光，即发生了正交偏振转换。此外，透射输出光7和反射输出光8的频带宽度明显比入射线偏振光6的宽，即实现了正交偏振转换器的工作频带的展宽。
此外，为了进一步定性分析本实施例的正交偏振转换器对工作频带的展宽效果，假定本实施例的正交偏振转换器的太赫兹能量透射率和反射率分别为Tij和Rij，其中，下标i、j分别代表透射/反射光和入射光的偏振态，即，当x方向偏振的线偏振光经过正交偏正器后的透射光对应的透射率为Txy以及反射光对应的反射率为Rxy，当y方向偏振的线偏振光经过正交偏正器后的透射光对应的透射率为Tyx以及反射光对应的反射率为Ryx。
本实施例中，正交偏振转换器分别在x方向偏振光和y方向偏振光的作用下的正交偏振能量输出曲线如图6所示。从图6可以看出，透射率曲线和反射率曲线之间具有相同的变化趋势，且他们的取值几乎相近，也就是说，本实施例的正交偏振转换器的功能稳定。此外，从图6中可以看出，在0.38THz至2.05THz之间无论是透射率曲线还是反射率曲线，都相对较平稳，也就是说，本实施例的正交偏振转换器的工作频带较宽，即本实施例可以实现正交偏振转换器的工作频带的展宽。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (4)

1.一种基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，其特征在于，包括，基底层和电磁材料层，所述电磁材料层镀附于所述基底层上；
所述电磁材料层包括N*N个基本单元，且多个基本单元呈周期性排列；
所述每个基本单元以副对角线为对称轴，包括方形开口环和与副对角线方向平行的倾斜金属线，且所述倾斜金属线与所述方形开口环的两个对角相接；
其中，所述方形开口环为中心对称结构，且由四条互不相接的“L”型线组成，分别为第一“L”型线，第二“L”型线，第三“L”型线和第四“L”型线，所述第一“L”型线与所述第三“L”型线的尺寸一致，所述第二“L”型线与所述第四“L”型线的尺寸一致；
所述四条“L”型线的线宽和所述倾斜金属线的线宽相等；
所述基底层的厚度为微米量级，所述电磁材料层的厚度为纳米量级。
2.根据权利要求1所述的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，其特征在于，所述基底层的材质为二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，其特征在于，所述电磁材料层的材质为铜，金或铝。
4.根据权利要求1所述的基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器，其特征在于，所述四条“L”型线的线宽和所述倾斜金属线的线宽均为w＝10μm；
所述基底层的厚度t＝3μm，所述电磁材料层的厚度为tm＝200nm；
所述方形开口环的边长a＝130μm，所述第一“L”型线与所述第二“L”型线的距离为s＝10μm，所述第二“L”型线的一边的长度为l＝20μm；
所述基本单元的排列周期p＝150μm。
CN201610828587.4A 2016-09-18 2016-09-18 基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器 Pending CN106356637A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610828587.4A CN106356637A (zh) 2016-09-18 2016-09-18 基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610828587.4A CN106356637A (zh) 2016-09-18 2016-09-18 基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106356637A true CN106356637A (zh) 2017-01-25

Family

ID=57858598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610828587.4A Pending CN106356637A (zh) 2016-09-18 2016-09-18 基于新型人工电磁材料的正交偏振转换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106356637A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109004369A (zh) * 2018-06-28 2018-12-14 中国人民解放军空军工程大学 基于频率选择表面背板的反射型极化旋转超表面

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203521603U (zh) * 2013-11-07 2014-04-02 深圳光启创新技术有限公司 一种多层嵌套微结构单元、超材料板
CN104216039A (zh) * 2014-09-26 2014-12-17 东南大学 一种能够实现宽带不对称传输的光学特异材料
CN104347952A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 深圳光启创新技术有限公司 超材料及天线
CN105759465A (zh) * 2016-04-01 2016-07-13 哈尔滨工程大学 一种动态可调谐的宽带偏振转换器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347952A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 深圳光启创新技术有限公司 超材料及天线
CN203521603U (zh) * 2013-11-07 2014-04-02 深圳光启创新技术有限公司 一种多层嵌套微结构单元、超材料板
CN104216039A (zh) * 2014-09-26 2014-12-17 东南大学 一种能够实现宽带不对称传输的光学特异材料
CN105759465A (zh) * 2016-04-01 2016-07-13 哈尔滨工程大学 一种动态可调谐的宽带偏振转换器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109004369A (zh) * 2018-06-28 2018-12-14 中国人民解放军空军工程大学 基于频率选择表面背板的反射型极化旋转超表面

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107340559B (zh) 基于超颖表面的高效宽带圆偏振转换器件及方法
Wang et al. Enlargement of omnidirectional total reflection frequency range in one-dimensional photonic crystals by using photonic heterostructures
Figotin et al. Frozen light in photonic crystals with degenerate band edge
WO2017020792A1 (zh) 一种左旋圆偏振转换的超材料薄膜
Cheng et al. Integrating polarization conversion and nearly perfect absorption with multifunctional metasurfaces
US20140085693A1 (en) Metasurface nanoantennas for light processing
CN107272216A (zh) 透射式金属超材料光束偏振分布变换器件
Kalozoumis et al. Finite-size effects on topological interface states in one-dimensional scattering systems
Sarsen et al. Robust polarization twist by pairs of multilayers with tilted optical axes
Du et al. Nearly total omnidirectional reflection by a single layer of nanorods
Askarpour et al. Wave propagation in twisted metamaterials
CN107238885A (zh) 金属超材料波片
Han et al. Plasmonic ultra-broadband polarizers based on Ag nano wire-slit arrays
CN108511918B (zh) 基于超材料的电磁波非对称传输控制器
CN107976733A (zh) 一种全介质偏振无关的角度滤波器
CN107807416A (zh) 一种基于各向同性陶瓷超构材料的高效率宽带反射镜
Mao et al. A photonic-crystal polarizer integrated with the functions of narrow bandpass and narrow transmission-angle filtering
Wu et al. Reflection and transmission two-way structural colors
Barkat Theoretical investigation of transmission and dispersion properties of one dimensional photonic crystal
CN108490626A (zh) 一种偏振分束元件和装置
WO2013104307A1 (zh) 光子晶体波导te-偏振分离器
CN207021384U (zh) 一种基于石墨烯的频率可调谐的宽带圆极化转换器
CN110441848B (zh) 亚波长金属超构光栅及中红外可调控回射器
CN107765359A (zh) 基于谐振腔增强波导传输的高效波片
Sigalas et al. Theoretical investigation of off-plane propagation of electromagnetic waves in two-dimensional photonic crystals

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170125

RJ01 Rejection of invention patent application after publication