引用本文:
贺景琳,董建峰. 可调谐多功能超表面的研究进展[J]. 光通信技术,2022,46(3):60-66.
贺景琳,董建峰*
(宁波大学 信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:超表面具有在亚波长的厚度范围内操纵电磁波的卓越性能,伴随调谐技术的发展和对器件小型化、集成化的需求,超表面设计已从单功能结构转向多功能集成,在不同的激励条件下实现特定功能的切换。从外加电场、热控、机械拉伸、波长与极化控制等较常见的调谐方法出发,分别介绍多种具有双功能、三功能的可调谐超表面。最后,对可调谐多功能超表面的进一步研究发展进行了展望。
关键词:可调谐;超表面;多功能;功能切换;集成器件
中图分类号:O436 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2022)03-0060-07
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.03.013
0 引言
超表面的二维平面结构一般由金属和介质层组成,其厚度比入射波波长小。随着研究的深入,人们提出了越来越多具有多功能的超表面,但这类超表面的厚度随之增加,单元结构更加复杂,并且一旦制备完成,功能也随之固定。因此,若将多种电磁(光学)功能集合到一个器件中,在不同的激励条件下运行并能够灵活切换到想要的功能,这样可以有效地压缩超表面的制作成本,且拓宽其应用领域。于是,许多研究人员便在超表面设计中引入了可调材料,如石墨烯[1-6]、相变材料[7-13]等;再加上一系列的主动控制方法,如光激励[2-3]、外加电场[1-6]、热控[7-12]和机械拉伸[13-14]等,为可调谐的多功能超表面的研发创造了良好的先决条件。然而,目前具有2种以上可调谐的多功能超表面的报道很少。
本文对近年来关于可调谐的多功能超表面的相关研究进行总结,分别从具备双功能、三功能的可调谐超表面对应的调谐方法出发,重点介绍各类灵活可调的多功能超表面。
3 结束语
近年来,随着多功能超表面的研究越发深入,人们开始将目光转向可调谐的多功能超表面,这是最近国内外关于超表面研究的热门话题之一。本文从各类调谐方式出发简单地介绍了具有双功能、三功能的可调谐多功能超表面,并阐述了其特有的优势。可调材料不单局限于本文提到的石墨烯、相变材料等,许多研究人员还提出了其它可调元器件(液晶[37]),都能实现对同一器件的多重功能切换,为广大学者对该领域的进一步研究提供了新的思路。
作为一个新兴研究方向,可调谐的多功能超表面虽然在近几年取得了一定的发展,但仍存在一些亟待解决的问题,具体如下:①目前大部分可调谐多功能超表面都含有金属层,也就是金属和介质混合的超表面,而金属在光频段都存在较大的电阻损耗,不可避免地存在效率低、带宽小等问题,所以人们希望能采用高折射率、性能稳定的全介质材料,例如应用新型相变材料GSST在高频段进行设计;②可调谐材料对超表面的电磁调谐通常借助于谐振模式的改变,由于调谐的带宽受限于谐振的谱宽,通常较窄,因此在具备较宽工作带宽的同时实现高效的调谐值得进一步研究;③目前的可调谐多功能超表面只能同时实现2个或3个电磁特性的调谐,若要实现更多功能同时调谐的集成超表面还有待继续挖掘。但是,随着将石墨烯、相变材料和全介质等电磁材料相结合使用,这些局限也许会被一一打破。总之,可调谐的多功能超表面将会朝着低损耗、宽频段和易加工等可提高应用性的方向发展,并在集成光子器件[38]、成像技术[39]和多功能光学器件等领域中起到关键的作用。