偏振转换器的设计与研究

偏振转换器作为一种调控电磁波偏振态的功能器件,它的设计与研究已经引起研究者的极大兴趣。传统的偏振转换器由于材料的限制,存在着诸如尺寸大、转换率低、工作频域窄等局限性。随着超材料的提出和发展,基于超材料的偏振转换器大量涌现,尤其是基于特殊的超材料的超表面兴起,为获得超薄、宽带的偏振转换器提供了新的手段和方式。偏振转换器的种类现今已有很多种,包括线偏振转换器、圆偏振转换器以及线变圆偏振转换器。对于线偏振转换器领域,多种基于表面等离子体超材料的单频和多频的线偏振转换器已经在各个波段被相继提出和获得。在此基础上,通过多频叠加和设计特殊的局部对称结构获得了高效、宽频的线偏振转换器。与线偏振转换器相比,圆偏振转换器和线变圆偏振转换器由于在成像和生物探测方面有着潜在的应用价值,因而引起了更为广泛的关注。目前,一方面,基于三维的螺旋超材料结构已经获得宽频的圆偏振转换器。另一方面,通过嵌套的开口环、亚波长纳米缝、十字形缝阵列、椭圆天线、椭圆光栅、L形缝阵列等非对称结构获得了线变圆偏振转换器。这些非对称结构经过垂直入射的电磁波能够激发两个相互垂直的共振模式,所激发的两个共振模式都能引起近似相等的振幅并在它们之间产生90°的相位延迟,从而实现线变圆偏振转换器的功能。然而单个非对称结构只对一个共振频点响应。为了得到宽频的线变圆偏振转换器,2011年,Yu通过叠加两组各向异性的V形天线的方法获得了宽频的线变圆偏振转换器。而该偏振转换器由于异常折射的存在,导致其转换效率较低。随后,各种可实现的高效线变圆偏振转换器被相继提出,例如,基于反射式超表面的L形和I形结构的宽频线变圆偏振转换器、基于多层超表面的堆叠金属线栅结构的高效宽频的线变圆偏振转换器。但是,反射式偏振转换器的宽频特性是基于介质层的色散补偿,限制了其实际应用。而多层金属光栅结构的偏振转换器是基于各层的独立功能,因此,避免层内耦合增大了器件的制备难度。本节将介绍基于表面等离激元超表面的THz波偏振转换器件。(www.xing528.com)