一种超宽带平面超透镜.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115775984A(43)申请公布日2023.03.10(21)申请号202211457179.4(22)申请日2022.11.21(71)申请人北京环境特性研究所地址100854北京市海淀区永定路50号(72)发明人刘永强车永星戚开南孙金海李粮生殷红成(74)专利代理机构北京格允知识产权代理有限公司11609专利代理师周娇娇(51)Int.Cl.H01Q15/00(2006.01)H01Q15/02(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图9页(54)发明名称一种超宽带平面超透镜(57)摘要本发明提供了一种超宽带平面超透镜，该超宽带平面超透镜包括：若干单开口谐振环连接组成的方形阵列；所述超宽带平面超透镜的工作频带为8～13GHz；所述单开口谐振环包括两层金属片和非金属介质；所述金属片上开设有两段弧形槽；其中，所述弧形槽在所述金属片上呈中心对称分布；所述非金属介质填充于两层所述金属片之间；所述单开口谐振环的弧形槽的半径由所述超宽带平面超透镜的中心沿着中心线方向向外呈递减分布。本方案提供的超宽带平面超透镜形状结构简单，工作频段宽，透射效率和聚焦效率高、数值孔径大。CN115775984ACN115775984A权利要求书1/1页1.一种超宽带平面超透镜，其特征在于，包括：若干单开口谐振环连接组成的方形阵列；所述超宽带平面超透镜的工作频带为8～13GHz；所述单开口谐振环包括两层金属片和非金属介质；所述金属片上开设有两段弧形槽；其中，所述弧形槽在所述金属片上呈中心对称分布；所述非金属介质填充于两层所述金属片之间；所述单开口谐振环的弧形槽的半径由所述超宽带平面超透镜的中心沿着中心线方向向外呈递减分布。2.根据权利要求1所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述方形阵列由225个所述单开口谐振环组成。3.根据权利要求1所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述超宽带平面超透镜中半径相同的所述单开口谐振环呈中心对称分布。4.根据权利要求1所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述金属片为正方形；所述弧形槽的半径与所述金属片的边长之比小于1:2；所述弧形槽的宽度与所述金属片的边长之比小于1:2；所述弧形槽的半径和所述弧形槽的宽度之和与所述金属片的边长之比小于1:2；和/或，所述弧形槽的开口弧度的取值区间为(0°，180°)。5.根据权利要求4所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述弧形槽的宽度与所述金属片的边长之比大于1/6。6.根据权利要求1所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述弧形槽的开口弧度大于140°。7.根据权利要求1所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述超宽带平面超透镜的厚度为该超宽带平面超透镜的中心工作波长的1/10。8.根据权利要求1所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述非金属介质的介电常数为1～16；和/或，所述超宽带平面超透镜中所有所述单开口谐振环的开口方向均一致。9.根据权利要求1所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述超宽带平面超透镜的焦距与工作频率呈正相关。10.根据权利要求1至9中任一所述的超宽带平面超透镜，其特征在于：所述单开口谐振环的相位补偿φ、该单开口谐振环的位置r、工作频率f和所述超宽带平面超透镜的焦距F满足如下关系式：其中，c为光速。2CN115775984A说明书1/7页一种超宽带平面超透镜技术领域[0001]本发明涉及超表面及超透镜技术领域，特别涉及一种超宽带平面超透镜。背景技术[0002]透镜是一种常用的光学和微波器件，传统的透镜大多是基于空间电磁波的光程累积来实现入射波的聚焦，因此存在器件体积庞大、加工复杂和难以集成化等不足。此外，传统的透镜是基于介质材料的折射效应或结构的衍射效应，因此透镜的色散往往随材料参数固定，难以实现聚焦透镜色散的灵活和任意调控。[0003]超表面是一种平面型的、亚波长的金属或介质结构，通过周期或准周期单元阵列排布，实现对入射电磁波的灵活调控。近年来，随着超材料及超表面技术的不断发展，通过超表面的相位突变实现波前调控的聚焦超透镜也得到了极大关注和研究。Capasso等人提出分界面相位不连续的广义斯涅耳定律实现波前调控，随后他们将V型微纳天线用于光学超透镜的设计，但是由于其强的谐振效应和高损耗，所设计的超透镜工作带宽窄、透射效率低、数值孔径小，限制了其进一步的应用和发展。尽管介质型的超表面被大量应用于宽带的光学和红外超透镜的设计，但同时实现高聚焦效率和大数值孔径仍然十分困难。而在低频段如微波和太赫兹，超透镜的设计大多采用多层金属和介质的混合型结构，其色散特性一般由金属结构几何单元的衍射效应决定，因此其色散与传统的折射光学系统相反为负折射。为了满足全空间相位调控和高透过率传输一般采用大于两层的金属超表面实