CN111641011B - 金属波导阵列及应用该金属波导阵列的调控装置 - Google Patents

金属波导阵列及应用该金属波导阵列的调控装置 Download PDF

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CN111641011B CN202010507228.5A CN202010507228A CN111641011B CN 111641011 B CN111641011 B CN 111641011B CN 202010507228 A CN202010507228 A CN 202010507228A CN 111641011 B CN111641011 B CN 111641011B
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Abstract

本发明公开了金属波导阵列及应用该金属波导阵列的调控装置，其中，金属波导阵列包括：金属波导阵列本体以及设置于所述金属波导阵列本体上的多个矩形通孔，通过调整矩形通孔的尺寸及方向角，使金属波导阵列可对波长λ为0.003‑30mm的入射电磁波进行相位调控、振幅调控或偏振调控。上述的金属波导阵列，具有尺寸较小的特征，可应用于小型化、集成化的调控装置，并且可通过调整矩形通孔的尺寸及方向角实现对电磁波进行多功能调控，解决了现有技术方法中的调控装置所存在的体积大、调控功能单一的问题。

Description

金属波导阵列及应用该金属波导阵列的调控装置
技术领域
本发明涉及光学设备的技术领域，尤其涉及一种金属波导阵列及应用该金属波导阵列的调控装置。
背景技术
对相位，偏振和振幅(电磁波的三种基本属性)的调控在通信，成像和传感领域具有非常重要的应用。为了实现高效的调控，多种传统设计方法和功能器件已经被研发出来。其中，透镜、棱镜和空间相位调制器可用于调控相位；滤光片可用于调控振幅；偏振片和波片可用于调控偏振。这些传统的电磁波调控器件是基于特定材料及该材料的物理几何形状设计得到。这些器件如玻璃透镜、棱镜等在使用过程中存在固有缺陷，传统调控器件的体积较大，随着调控装置逐步向小型化发展，传统器件无法应用于小型化、集成化的调控装置中；且由于结构上的固有缺陷传统调控器件只具备一种调控功能，传统的技术方法难以集成多种不同的调控功能，导致调控功能单一。因而，现有技术方法中的调控装置存在体积大、调控功能单一的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种金属波导阵列及应用该金属波导阵列的调控装置，旨在解决现有技术方法中的调控装置所存在的体积大、调控功能单一的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种金属波导阵列，应用于调控装置，所述金属波导阵列包括金属波导阵列本体以及设置于所述金属波导阵列本体上的多个矩形通孔，所述矩形通孔内填充有非金属材料的介质；
所述金属波导阵列上的每一个所述矩形通孔可对波长λ为0.003-30mm的入射电磁波进行角度(0，2π]内的相位调控，得到经过调控后的出射电磁波，其中，所述入射电磁波为线偏振波、圆偏振波或椭圆偏振波；
所述矩形通孔的数量大于等于三个；
所述金属波导阵列本体的厚度h为0.001-100mm；
第i个所述矩形通孔的第一边的长度为
Figure BDA0002526964980000021
第二边的长度为
Figure BDA0002526964980000022
其中，
Figure BDA00025269649800000212
为第i个所述矩形通孔对偏振方向与所述第一边方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度，
Figure BDA0002526964980000023
Figure BDA0002526964980000024
Figure BDA0002526964980000025
为第i个所述矩形通孔对偏振方向与所述第二边方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度，
Figure BDA0002526964980000026
n0为所述矩形通孔内介质的折射率，第一入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第一边相垂直的方向上的偏振分量，第二入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第二边相垂直的方向上的偏振分量。
所述的金属波导阵列，其中，所述矩形通孔的第一边的长度La均相等，所述矩形通孔的第二边的长度Lb均相等，且
Figure BDA0002526964980000027
第i个所述矩形通孔的方向角γi为
Figure BDA0002526964980000028
或
Figure BDA0002526964980000029
其中，所述方向角γi为所述矩形通孔的所述第一边与入射电磁波偏振方向之间的夹角，Ex为所述矩形通孔的出射电磁波在所述入射电磁波偏振方向上投影的振幅，Ey为所述矩形通孔的出射电磁波在与所述入射电磁波偏振方向垂直方向上投影的振幅，E0为所述矩形通孔的入射电磁波的振幅。
所述的金属波导阵列，其中
Figure BDA00025269649800000210
且所述矩形通孔的方向角γi均为45°，其中，所述方向角γi为所述矩形通孔的所述第一边与线偏振的所述入射线偏振波偏振方向之间的夹角，此时每一所述矩形通孔可独立对线偏振的所述入射电磁波进行偏振调控，此时所述金属波导阵列可将所述入射电磁波整体转化成圆偏振波。
所述的金属波导阵列，其中
Figure BDA00025269649800000211
且所述矩形通孔的方向角γi均相等，其中，所述方向角γi为所述矩形通孔的所述第一边与线偏振的所述入射电磁波偏振方向之间的夹角，此时所述金属波导阵列可对线偏振的所述入射电磁波整体的偏振方向进行旋转，旋转角度为2γi。
所述的金属波导阵列，其中，
Figure BDA0002526964980000031
第i个所述矩形通孔的方向角为γi(x,y)，其中，(x,y)为所述矩形通孔的中心点在所述金属波导阵列本体上的位置坐标，γi(x,y)为第i个所述矩形通孔的所述第一边与线偏振的所述入射电磁波偏振方向之间的夹角，此时第i个所述矩形通孔可对射入所述矩形通孔的线偏振的所述入射电磁波的偏振方向进行旋转，旋转角度为 2γi(x,y)。
所述的金属波导阵列，其中，所述方向角γi不大于90°。
所述的金属波导阵列，其中，所述金属波导阵列本体的材质为金、银、铜或铝。
所述的金属波导阵列，其中，所述金属波导阵列本体的材质为非金属电介质，其表面镀金膜、银膜、铜膜或铝膜。
另一方面，本发明实施例还提供了一种调控装置，其中，所述调控装置包含上述的金属波导阵列。
本发明实施例提供了一种金属波导阵列及应用该金属波导阵列的调控装置，金属波导阵列包括：金属波导阵列本体以及设置于所述金属波导阵列本体上的多个矩形通孔，通过调整矩形通孔的尺寸及方向角，使金属波导阵列可对波长λ为0.003-30mm的入射电磁波进行相位调控、振幅调控或偏振方向调控。上述的金属波导阵列，具有尺寸较小的特征，可应用于小型化、集成化的调控装置，并且可通过调整矩形通孔的尺寸及方向角实现对电磁波进行多功能调控，解决了现有技术方法中的调控装置所存在的体积大、调控功能单一的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的金属波导阵列的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的金属波导阵列的整体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的金属波导阵列的整体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的金属波导阵列的整体结构示意图；
图5为本发明实施例提供的金属波导阵列的局部结构示意图；
图6为本发明实施例提供的金属波导阵列的效果示意图；
图7为本发明实施例提供的金属波导阵列的效果示意图；
图8为本发明实施例提供的金属波导阵列的效果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1及图5，图1为本发明实施例提供的金属波导阵列的整体结构示意图，图5为本发明实施例提供的金属波导阵列的局部结构示意图。如图所示，所述金属波导阵列1，应用于调控装置，包括：所述金属波导阵列1包括金属波导阵列本体2以及设置于所述金属波导阵列本体2上的多个矩形通孔3；所述金属波导阵列1可对波长λ为0.003-30mm的入射电磁波进行角度(0，2π]内的相位调控；所述金属波导阵列本体2的厚度h为0.001-100mm，波长λ为 0.003-30mm的入射电磁波的频率为0.01-100THz(太赫兹)。矩形通孔3包括第一边a及第二边b。
此外，还可将矩形通孔3设置为圆形通孔或椭圆形通孔，圆形通孔可对入射电磁波进行相位调控，但无法进行振幅调控及偏振方向调控；椭圆形通孔可对入射电磁波进行相位调控、振幅调控或偏振方向调控，但调控实现过于复杂。
第i个所述矩形通孔3的第一边a的长度为
Figure BDA0002526964980000051
第二边b的长度为
Figure BDA0002526964980000052
其中，
Figure BDA0002526964980000053
为第i个所述矩形通孔3对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度，相位调控角度亦称作相位延迟，
Figure BDA0002526964980000054
Figure BDA0002526964980000055
为第i个所述矩形通孔3对偏振方向与所述第二边b方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度，
Figure BDA0002526964980000056
n0为所述矩形通孔3内介质的折射率。h为所述金属波导阵列本体2的厚度，n0为所述矩形通孔3内介质的折射率。具体的，入射电磁波可进行分解得到两个正交分量，例如，可将入射电磁波分解为第一入射电磁波及第二入射电磁波，其中，第一入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第一边相垂直的方向上的偏振分量，第二入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第二边相垂直的方向上的偏振分量，第一入射电磁波及第二入射电磁波均为线偏振波。
其中，金属波导阵列1接收线偏振的入射电磁波，并对入射电磁波进行调控后输出对应的出射电磁波，相位调控
Figure BDA0002526964980000057
即出射电磁波的相位值。金属波导阵列本体2所使用的材料及矩形通孔3内所填充的介质的材质不同，则该矩形通孔3内介质的折射率n0也会随之发生变化，也即是n0与金属波导阵列本体2所使用的材料及矩形通孔3内所填充的材料有关，在金属波导阵列本体2所使用的材料为铝、矩形通孔3填充的材料为空气时，该矩形通孔3对应的n0为1(入射电磁波频率为0.001-100THz)。
第i个所述矩形通孔3的方向角γi为
Figure BDA0002526964980000058
或
Figure BDA0002526964980000059
其中，所述方向角γi为所述矩形通孔3的所述第一边a与入射线偏振波偏振方向之间的夹角，Ex为所述矩形通孔3的出射电磁波在所述入射线偏振波偏振方向上投影的振幅，Ey为所述矩形通孔3的出射电磁波在与所述入射电磁波偏振方向垂直方向上投影的振幅，E0为所述矩形通孔3的入射电磁波的振幅。
更具体的，所述金属波导阵列本体2可以为圆形、矩形、椭圆形等任意形状，以金属波导阵列本体2为圆形为例，金属波导阵列本体2的半径R为 0.015-150mm，矩形的金属波导阵列本体2边长可设置为0.015-150mm。其中，所述金属波导阵列本体2的材质为金、银、铜或铝，所述矩形通孔3内所填充的介质可以是空气、塑料或石英等非金属材料。此外，所述金属波导阵列本体2 的材质为非金属电介质，其表面镀金膜、银膜、铜膜或铝膜。
下面以具体的调控示例对上述金属波导阵列的调控功能进行说明。
请参阅图3及图5，图3为本发明实施例提供的金属波导阵列的一种实施例的整体结构示意图，图5为本发明实施例提供的金属波导阵列的局部结构示意图。如图所示，所述金属波导阵列1包括圆形的金属波导阵列本体2以及设置于所述金属波导阵列本体2上的多个矩形通孔3，金属波导阵列本体2的半径R 为0.3-300mm；所述矩形通孔3的尺寸及方向角γi均相同；则此时所述方向角γi为所述矩形通孔的所述第一边与入射线偏振波偏振方向之间的夹角，以入射线偏振波偏振方向为水平方向为例，则方向角γi如图5中所示，所述方向角γi不大于π/2(90°)；对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000063
也即是第一入射电磁波的偏振方向为垂直方向，对偏振方向与所述第二边b方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000064
也即是第二入射电磁波的偏振方向为水平方向；所述矩形通孔3 的第一边a的长度为：
Figure BDA0002526964980000061
第二边b的长度为：
Figure BDA0002526964980000062
其中，h为所述金属波导阵列本体2的厚度，h为0.001-100mm，n0为所述矩形通孔3内介质的折射率。
在对金属波导阵列1进行设计时，需先确定金属波导阵列本体2的厚度h，再确定矩形通孔3的方向角γi，确定矩形通孔3对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000065
及对偏振方向与所述第二边b 方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000066
确定矩形通孔3内介质的折射率n0，根据上述公式(1)及公式(2)计算得到矩形通孔3的第一边a 的长度La及第二边b的长度Lb，根据每一矩形通孔3的方向角γi、第一边a的长度La及第二边b的长度Lb在金属波导阵列本体2上对矩形通孔3进行排列，矩形通孔3之间可以为等间距排列，也可以为非等间距排列。也即是此实施例中所得到的金属波导阵列1可同时对两个正交偏振分量的入射电磁波(同时包含水平偏振方向的入射电磁波及垂直偏振方向的入射电磁波)进行独立相位调控，并产生双离轴聚焦，也即是具有偏振分复用功能的金属波导阵列。
由于矩形通孔3的尺寸均相同，则金属波导阵列1所包含的矩形通孔3对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000072
均相同，对偏振方向与所述第二边b方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000073
亦均相同；对入射电磁波的偏振方向调控的角度则与相位调控角度及方向角γi有关。
例如，当金属波导阵列要将线偏振的入射电磁波整体转化成圆偏振波，假设入射电磁波的偏振方向为水平方向，也即是实现1/4波片功能时，则
Figure BDA0002526964980000074
Figure BDA0002526964980000075
此时所有矩形通孔3的方向角γi均为π/4；当金属波导阵列要使入射线偏振的电磁波的偏振方向整体发生旋转，也即是实现1/2波片功能时，则
Figure BDA0002526964980000076
Figure BDA0002526964980000077
此时所有矩形通孔3的方向角γi均为γ0，假设入射电磁波的偏振方向为水平方向，则可使入射电磁波如果2γ0角度的旋转。
其中，入射线偏振波长λ为2.143mm，相邻矩形通孔的中心点之间的间距为 2mm，金属波导阵列本体2的厚度h为4mm，金属波导阵列本体2为圆形，直径为53mm，矩形通孔的方向角γi均相同，第i个矩形通孔3中偏振方向与所述第一边a方向相垂直的出射电磁波所需的空间相位分布为：
Figure BDA0002526964980000071
其中，第i个矩形通孔3对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000078
(x,y)为所述矩形通孔的中心点在所述金属波导阵列本体上的位置坐标，xa’＝3.35mm，ya’＝0mm，(xa’，ya’)代表金属波导阵列本体的焦平面上所述第一入射电磁波的焦点的位置坐标，第一入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第一边a相垂直的方向上的偏振分量，焦距l＝50mm。分别计算得到第一边a的边长La可在1.137、1.170、1.213、1.269、 1.343、1.443、1.584和1.800mm内进行选择。
第i个矩形通孔3中偏振方向与所述第二边b方向相垂直的出射电磁波所需的空间相位分布为：
Figure BDA0002526964980000081
其中，第i个矩形通孔3对偏振方向与所述第二边b方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000083
(x,y)为所述矩形通孔的中心点在所述金属波导阵列本体上的位置坐标，xb’＝-3.35mm，yb’＝0mm，(xb’，yb’)代表金属波导阵列本体的焦平面上所述第二入射电磁波的焦点的位置坐标，第二入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第二边b相垂直的方向上的偏振分量。分别计算得到第二边b的边长Lb可在1.137、1.170、1.213、1.269、1.343、1.443、 1.584和1.800mm内进行选择。
图6为本发明实施例提供的金属波导阵列的效果示意图，根据上述方法设计所得到的金属波导阵列可用于对两个正交的入射电磁波分别进行独立相位调控，并产生双离轴焦距，所得结果如图6所示。
请参阅图1及图5，图1为本发明实施例提供的金属波导阵列的另一种实施例的整体结构示意图，图5为本发明实施例提供的金属波导阵列的局部结构示意图，所述矩形通孔3分布于所述金属波导阵列本体2的八个扇形区域内，金属波导阵列本体2的半径R为0.3-300mm；所述矩形通孔3的方向角γi均相同，八个所述扇形区域内的矩形通孔3的尺寸依次增加，则此时所述方向角γi为所述矩形通孔的所述第一边与入射线偏振波偏振方向之间的夹角，以入射线偏振波偏振方向为水平方向为例，则方向角γi如图5中所示，所述方向角γi不大于π/2 (90°)。扇形区域可以是两个、四个、六个、八个或其他数量，本实施例中以八个扇形区域进行说明。
具体的，第j个所述扇形区域中的矩形通孔3对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000084
可表示为
Figure BDA0002526964980000085
第 j个所述扇形区域中的矩形通孔3对偏振方向与所述第二边b方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000086
可表示为
Figure BDA0002526964980000087
其中，i＝1，2…8；所述扇形区域内的矩形通孔3的第一边a的长度
Figure BDA0002526964980000082
第二边b的长度
Figure BDA0002526964980000091
其中，h为所述金属波导阵列本体2的厚度，h为0.001-100mm，n0为所述矩形通孔3内介质的折射率。
在对金属波导阵列1进行设计时，需先根据公式(3)及公式(4)确定每一位置上的矩形通孔3对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000092
以及对偏振方向与所述第二边b方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000093
确定矩形通孔3内介质的折射率n0，根据上述公式(1)及公式(2)计算得到矩形通孔3的第一边a的长度La及第二边 b的长度Lb，根据每一矩形通孔3的方向角γi、第一边a的长度La及第二边b的长度Lb在金属波导阵列本体2上对矩形通孔3进行排列，矩形通孔3之间可以为等间距排列，也可以为非等间距排列。
本发明实施例还提供了一种金属波导阵列，请参阅图4及图5，图4为本发明实施例提供的金属波导阵列的另一实施例的整体结构示意图，图5为本发明实施例提供的金属波导阵列的局部结构示意图。如图所示，所述金属波导阵列1 应用于调控装置，其中，所述金属波导阵列1包括圆形的金属波导阵列本体2 以及设置于所述金属波导阵列本体2上的多个矩形通孔3；所述金属波导阵列可对波长λ为0.003-30mm的入射电磁波同时进行相位调控及偏振方向调控；所述金属波导阵列本体2的厚度为0.001-100mm；所述矩形通孔3分布于所述金属波导阵列本体2的八个扇形区域内；所述矩形通孔3的尺寸均相同，八个所述扇形区域内的矩形通孔3的方向角γi依次增加，第一个所述扇形区域内的矩形通孔 3的方向角γi均相等。更具体的，所述金属波导阵列本体2的半径R为0.3-300mm。扇形区域可以是两个、四个、六个、八个或其他数量，本实施例中以八个扇形区域进行说明。
由于矩形通孔3的尺寸均相同，则金属波导阵列1所包含的矩形通孔3对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000094
均相同，对偏振方向与所述第二边b方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000095
亦均相同，每一扇形区域对入射电磁波的偏振方向调控的角度与相位调控角度及该扇形区域内包含的矩形通孔3的方向角γ有关，对偏振方向进行调控的具体调控规则与上一实施例中对应的调控规则相同，在此不作赘述。
具体的，入射线偏振波波长λ为2.143mm，相邻矩形通孔的中心点之间的间距为2mm，金属波导阵列本体2的厚度h为4mm，金属波导阵列本体2为圆形，直径为53mm，可确定所有矩形通孔的第一边a的边长L为1.170mm，第二边b 的边长Lb为1.443mm，矩形通孔的尺寸均相同。矩形通孔分布于金属波导阵列本体的8个扇形区域内，每一所述扇形区域内所包含的矩形通孔的方向角γi均相等，八个扇形区域内矩形通孔的方向角γi分别为π/16、3π/16、5π/16、7π/16、 9π/16、11π/16、13π/16、15π/16。
图7为本发明实施例提供的金属波导阵列的效果示意图，如图7所示，在对根据上述方法设计所得到的金属波导阵列进行试验时，入射电磁波被第一个透镜准直和紧接着被第二个透镜聚焦，是为了在放入金属波导阵列前收集在焦平面处的场分布，如图7-a所示；金属波导阵列紧接着被放入在两个透镜间去获得角向偏振光束，如图7-b所示；一个线偏振片(LP)被进一步放入第二块透镜和相机之间去获得不同偏振分量，分别如图7-c至图7-f所示，其中双向箭头表示测量所得到的电磁波的偏振方向。
本发明实施例还提供一种金属波导阵列，请参阅图2及图5，图2为本发明实施例提供的金属波导阵列的另一实施例的整体结构示意图，图5为本发明实施例提供的金属波导阵列的局部结构示意图。如图所示，所述金属波导阵列1 应用于调控装置，其中，所述金属波导阵列1包括圆形的金属波导阵列本体2 以及设置于所述金属波导阵列本体2上的多个矩形通孔3；所述金属波导阵列2 可对波长λ为0.003-30mm的入射电磁波进行波长(0，λ)内的振幅调控；所述金属波导阵列本体2的厚度为0.001-100mm；所述矩形通孔3的尺寸均相同，同一列的所述矩形通孔3的方向角γi均相同，所述方向角γi小于π/8。具体的，所述矩形通孔3的方向角
Figure BDA0002526964980000101
其中，x为所述矩形通孔3的中心点位置与所述金属波导阵列本体2的中心点位置在水平方向上的投影距离，R为所述金属波导阵列本体2的半径。更具体的，所述金属波导阵列本体2的半径R为0.3-300mm。
此实施例中所得到的金属波导阵列1可对入射电磁波进行振幅调控，由于矩形通孔3的尺寸均相同，则金属波导阵列1所包含的矩形通孔3对偏振方向与所述第一边a方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000102
均相同，对偏振方向与所述第二边b方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度
Figure BDA0002526964980000103
亦均相同，此实施例中所得到的金属波导阵列1中的矩形通孔3在进行振幅调控过程中亦会对入射电磁波的振幅产生改变，因此所得到的出射电磁波可包含多个偏振方向。例如，矩形通孔3的入射电磁波的振幅为E0，则第i个矩形通孔3的出射电磁波在水平偏振方向的振幅为Ex＝E0cos2γi，第i个矩形通孔3 的出射电磁波在垂直偏振方向的振幅为Ey＝E0sin2γi。
具体的，入射线偏振波波长λ为2.143mm，相邻矩形通孔的中心点之间的间距为2mm，金属波导阵列本体2的厚度h为4mm，金属波导阵列本体2为圆形，直径为53mm，可确定所有矩形通孔的第一边a的边长L为1.443mm，第二边b 的边长Lb为1.170mm，也即是矩形通孔的尺寸均相同，该金属通孔中
Figure BDA0002526964980000111
金属孔的方向角γi均小于π/8且所述矩形通孔3的方向角
Figure BDA0002526964980000112
Figure BDA0002526964980000113
x为所述矩形通孔3的中心点位置与所述金属波导阵列本体2的中心点位置在水平方向上的投影距离，R为所述金属波导阵列本体2的半径 (R＝26.5mm)，同一列的所述矩形通孔3的方向角γi均相同。入射电磁波被分解成两个正交分量(例如，可将入射电磁波分解为第一入射电磁波及第二入射电磁波，其中，第一入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第一边相垂直的方向上的偏振分量，第二入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第二边相垂直的方向上的偏振分量，第一入射电磁波及第二入射电磁波均为线偏振波)，并沿不同路径被聚焦于同一个焦点，所得如图8所示，其中，图8-a为对第一个偏振分量进行调控的效果图，图8-b为对另一个偏振分量进行调控的效果图。
本发明实施例还提供了一种调控装置，其中，所述调控装置包含上述的金属波导阵列1，调控装置内可包含一种上述实施例或多种上述实施例的金属波导阵列，其中所包含的每一金属波导阵列实现对应的调控功能；调控装置可以是雷达信号接收装置或雷达信号发送装置等需进行电磁波调控的装置。
本发明实施例所提供了一种金属波导阵列及应用该金属波导阵列的调控装置，金属波导阵列包括：圆形的金属波导阵列本体以及设置于所述金属波导阵列本体上的多个矩形通孔，通过调整矩形通孔的尺寸及方向角，使金属波导阵列可对波长λ为0.003-30mm的入射电磁波进行相位调控、振幅调控或偏振方向调控。上述的金属波导阵列，具有尺寸较小的特征，可应用于小型化、集成化的调控装置，并且可通过调整矩形通孔的尺寸及方向角实现对电磁波进行多功能调控，解决了现有技术方法中的调控装置所存在的体积大、调控功能单一的问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种金属波导阵列，应用于调控装置，其特征在于，所述金属波导阵列包括金属波导阵列本体以及设置于所述金属波导阵列本体上的多个矩形通孔，所述矩形通孔内填充有非金属材料的介质；
所述金属波导阵列上的每一个所述矩形通孔可对波长λ为0.003-30mm的入射电磁波进行角度(0，2π]内的相位调控，得到经过调控后的出射电磁波，其中，所述入射电磁波为线偏振波、圆偏振波或椭圆偏振波；
所述矩形通孔的数量大于等于三个；
所述金属波导阵列本体的厚度h为0.001-100mm；
第i个所述矩形通孔的第一边的长度为
Figure FDA0003043321520000011
第二边的长度为
Figure FDA0003043321520000012
其中，
Figure FDA0003043321520000013
为第i个所述矩形通孔对偏振方向与所述第一边方向相垂直的第一入射电磁波进行相位调控的角度，
Figure FDA0003043321520000017
Figure FDA0003043321520000018
Figure FDA0003043321520000019
为第i个所述矩形通孔对偏振方向与所述第二边方向相垂直的第二入射电磁波进行相位调控的角度，
Figure FDA00030433215200000110
n0为所述矩形通孔内介质的折射率，第一入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第一边相垂直的方向上的偏振分量，第二入射电磁波为所述入射电磁波在与所述第二边相垂直的方向上的偏振分量，其中，所述金属波导阵列上至少包括一个第一边的长度与第二边的长度不相等的矩形通孔，方向角γi不大于90°，所述方向角γi为所述矩形通孔的所述第一边与线偏振的所述入射电磁波偏振方向之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的金属波导阵列，其特征在于，所述矩形通孔的第一边的长度La均相等，所述矩形通孔的第二边的长度Lb均相等，且
Figure FDA0003043321520000014
第i个所述矩形通孔的方向角γi为
Figure FDA0003043321520000015
或
Figure FDA0003043321520000016
其中，所述方向角γi为所述矩形通孔的所述第一边与入射线偏振波偏振方向之间的夹角，Ex为所述矩形通孔的出射电磁波在所述入射线偏振波偏振方向上投影的振幅，Ey为所述矩形通孔的出射电磁波在与所述入射电磁波偏振方向垂直方向上投影的振幅，E0为所述矩形通孔的入射电磁波的振幅。
3.根据权利要求1所述的金属波导阵列，其特征在于，其中
Figure FDA0003043321520000021
且所述矩形通孔的方向角γi均为45°，此时每一所述矩形通孔可独立对线偏振的所述入射电磁波进行偏振调控，此时所述金属波导阵列可将所述入射电磁波整体转化成圆偏振波。
4.根据权利要求1所述的金属波导阵列，其特征在于，其中
Figure FDA0003043321520000022
且所述矩形通孔的方向角γi均相等，此时所述金属波导阵列可对线偏振的所述入射电磁波整体的偏振方向进行旋转，旋转角度为2γi。
5.根据权利要求1所述的金属波导阵列，其特征在于，其中，
Figure FDA0003043321520000023
第i个所述矩形通孔的方向角为γi(x,y)，其中，(x,y)为所述矩形通孔的中心点在所述金属波导阵列本体上的位置坐标，γi(x,y)为第i个所述矩形通孔的所述第一边与线偏振的所述入射电磁波偏振方向之间的夹角，此时第i个所述矩形通孔可对射入所述矩形通孔的线偏振的所述入射电磁波的偏振方向进行旋转，旋转角度为2γi(x,y)。
6.根据权利要求5所述的金属波导阵列，其特征在于，所述金属波导阵列本体的材质为金、银、铜或铝。
7.根据权利要求5所述的金属波导阵列，其特征在于，所述金属波导阵列本体的材质为非金属电介质，其表面镀金膜、银膜、铜膜或铝膜。
8.一种调控装置，其特征在于，所述调控装置包含如权利要求1-7中任一项所述的金属波导阵列。
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Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980047286

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231116

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200908

Assignee: Chengdu Haimuxin Microelectronics Equipment Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980047983

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231122

Application publication date: 20200908

Assignee: Pingxiang Haimuxin Microelectronics Equipment Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980047973

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231122

Application publication date: 20200908

Assignee: Shenzhen haimuxin microelectronic equipment Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980047933

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231123

Application publication date: 20200908

Assignee: Shenzhen Wenshi Hydrogen Energy Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980047522

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231120

Application publication date: 20200908

Assignee: Stable Stone Robot (Shenzhen) Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980047519

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231120

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN LEPOWER OPTO ELECTRONICS Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980048389

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231124

Application publication date: 20200908

Assignee: Shenzhen Kaixin Intelligent Control Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980048385

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231124

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN DING TUO DA ELECTROMECHANICAL Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980048382

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231124

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN TONGYIFANG OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980048369

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231124

Application publication date: 20200908

Assignee: Foshan Kezhuan Technology Service Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980048015

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231123

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN YANQIANLI TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980048676

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231127

Application publication date: 20200908

Assignee: Shenzhen Xingzheng Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980048654

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231128

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN S-HANDE TECHNOLOGY CO.,LTD.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980048347

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231127

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200908

Assignee: Shenzhen Light Cube Semiconductor Lighting Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980049249

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231130

Application publication date: 20200908

Assignee: Shenzhen jingshengda Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980049090

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231130

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN PURPLE LIGHTING TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980050241

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231205

Application publication date: 20200908

Assignee: JIUZHOU YANGGUANG POWER SUPPLY (SHENZHEN) CO.,LTD.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980050235

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231206

Application publication date: 20200908

Assignee: Shenzhen Huike Energy Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980050230

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231206

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN ZHAOJI OPTOELECTRONIC CO.,LTD.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980049888

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231204

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN FEIYUXIN ELECTRONICS CO.,LTD.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980050479

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231208

Application publication date: 20200908

Assignee: SHENZHEN UNION BEST TECHNOLOGY CO.,LTD.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980050473

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231207

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200908

Assignee: Shenzhen Jincheng Optoelectronic Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2023980052807

Denomination of invention: Metal waveguide array and its control device for application

Granted publication date: 20220208

License type: Common License

Record date: 20231218