本發(fā)明屬于光學，涉及一種多分束超表面分束器及其應用。
背景技術：
1、隨著移動通信的高速發(fā)展和通信環(huán)境的日益復雜，天線需要具有寬波束和多波束能力。由亞波長尺度上周期或者非周期單元構成的超表面，通過調整入射電磁波的幅度和相位可實現(xiàn)對電磁波波束的調控。太赫茲波在高速通信、雷達和成像等多方面的應用備受國內外研究人員的關注，其中對太赫茲波分束的有效調控是太赫茲科學與技術的研究熱點之一。傳統(tǒng)上主要利用相位積累法對太赫茲波進行調控，但是該辦法操作相對復雜。近年來，大批學者利用超材料構建光學器件，使操控太赫茲波變得更簡單和高效。一般傳統(tǒng)的電磁材料主要是從原子或分子構成方面去研究，其電磁特性由本征參數(shù)介電常數(shù)、磁導率等來表征。但是，通過人為地設計超材料的周期單元結構可實現(xiàn)尚未發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)電磁材料難以實現(xiàn)的超常電磁特性。超材料是一種由亞波長尺寸的單元以周期或非周期的方式排列組合而成的人工結構。其電磁特性不僅由本身材料的特性決定，更是由它的單元結構決定。因此，可以通過設計不同的超材料單元結構來實現(xiàn)自然界中并不存在的電磁參數(shù)或電磁特性。在設計中，通常需要超材料單元結構的尺寸滿足遠小于入射波的波長，可將超材料看作均勻媒質。利用均勻方法推導的電磁參數(shù)可以用來指導人工超材料結構的設計。
2、基于超表面的分束器是通過在界面引入合適的相位梯度，得到不同角度的反射波束，即通過廣義反射定律可以實現(xiàn)波束的偏轉。傳統(tǒng)的分束器通過將多種各向異性的材料組合而成，具有體積龐大、工作帶寬窄、效率低等缺點。另外，傳統(tǒng)的分束器主要利用相位積累法對太赫茲波進行調控，但是調控方法的操作相對復雜。再者，目前國內外超材料分束器對于出射波的波數(shù)及方向的改變還不夠，限制了分束器的應用，并且多分束波的分束器相對較少。
3、因此，如何提供一種結構簡單、體積小、成本較低且便于加工的高性能超表面分束器，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。
4、應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本申請的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本申請的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。
技術實現(xiàn)思路
1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種多分束超表面分束器及其應用，用于解決現(xiàn)有分束器是通過將多種各向異性的材料組合而成，具有體積龐大、操作帶寬窄、效率低等諸多缺點的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種多分束超表面分束器，所述多分束超表面分束器包括排列成多行及多列的多個陣列單元，所述陣列單元包括呈4×4正方形陣列排布的16個超表面單元結構，所述超表面單元結構包括自下而上依次疊加的底層金屬板、中間介質層與頂層金屬圖案，其中，任意一行在x方向上排列的四個所述超表面單元結構的頂層圖案覆蓋基準圖案的0°相位、45°相位、90°相位與135°相位，任意一列在y方向上排列的四個所述超表面單元結構的頂層圖案覆蓋基準圖案的0°相位、45°相位、90°相位與135°相位，所述基準圖案關于z軸具有c2對稱性并包括依次連接的第一延伸部、直線型主體部與第二延伸部，所述第一延伸部自所述直線型主體部的一端往-x方向延伸，所述第二延伸部自所述直線型主體部的另一端往x方向延伸，其中，x方向垂直于y方向，z軸垂直于x-y平面。
3、可選地，任意相鄰的兩個所述超表面單元結構的頂層圖案的相位相差45°。
4、可選地，所述直線型主體部沿y方向延伸。
5、可選地，所述直線型主體部與所述第一延伸部之間的夾角為銳角，所述直線型主體部與所述第二延伸部之間的夾角為銳角。
6、可選地，所述底層金屬板的材料包括au及cu中的一種或多種，所述頂層金屬圖案的材料包括au及cu中的一種或多種。
7、可選地，所述中間介質層的材料包括聚酰亞胺。
8、本發(fā)明還提供一種多分束超表面分束器的應用，所述應用包括采用如上任意一項所述的多分束超表面分束器對線極化波進行分束。
9、可選地，所述應用包括太赫茲隱身和/或太赫茲成像。
10、可選地，當電磁波垂直入射到所述多分束超表面分束器的超表面時，入射波被所述超表面反射成四束傳播方向不同的波。
11、可選地，在0.20thz-0.34thz的工作帶寬上，反射波的反射角范圍是20.4°-36.7°。
12、如上所述，本發(fā)明的多分束超表面分束器包括排列成多行及多列的多個陣列單元，每個陣列單元包括呈4×4正方形陣列排布的16個超表面單元結構，超表面單元結構包括自下而上依次疊加的底層金屬板、中間介質層與頂層金屬圖案，其中，任意一行在x方向上排列的四個超表面單元結構的頂層圖案覆蓋基準圖案的0°相位、45°相位、90°相位與135°相位，任意一列在y方向上排列的四個超表面單元結構的頂層圖案覆蓋基準圖案的0°相位、45°相位、90°相位與135°相位，基準圖案關于z軸具有c2對稱性并包括依次連接的第一延伸部、直線型主體部與第二延伸部，第一延伸部自所述直線型主體部的一端往-x方向延伸，第二延伸部自主體部的另一端往x方向延伸。本發(fā)明的多分束超表面分束器的設計方法靈活，可實現(xiàn)高分束均勻性、多束波的分束且傳播方向可變，并可以實現(xiàn)較大帶寬。另外，本發(fā)明的多分束超表面分束器可以實現(xiàn)較小的結構體積，易于加工與集成。
1.一種多分束超表面分束器，其特征在于：所述多分束超表面分束器包括排列成多行及多列的多個陣列單元，所述陣列單元包括呈4×4正方形陣列排布的16個超表面單元結構，所述超表面單元結構包括自下而上依次疊加的底層金屬板、中間介質層與頂層金屬圖案，其中，任意一行在x方向上排列的四個所述超表面單元結構的頂層圖案覆蓋基準圖案的0°相位、45°相位、90°相位與135°相位，任意一列在y方向上排列的四個所述超表面單元結構的頂層圖案覆蓋基準圖案的0°相位、45°相位、90°相位與135°相位，所述基準圖案關于z軸具有c2對稱性并包括依次連接的第一延伸部、直線型主體部與第二延伸部，所述第一延伸部自所述直線型主體部的一端往-x方向延伸，所述第二延伸部自所述直線型主體部的另一端往x方向延伸，其中，x方向垂直于y方向，z軸垂直于x-y平面。
2.根據(jù)權利要求1所述的多分束超表面分束器，其特征在于：任意相鄰的兩個所述超表面單元結構的頂層圖案的相位相差45°。
3.根據(jù)權利要求1所述的多分束超表面分束器，其特征在于：所述直線型主體部沿y方向延伸。
4.根據(jù)權利要求1所述的多分束超表面分束器，其特征在于：所述直線型主體部與所述第一延伸部之間的夾角為銳角，所述直線型主體部與所述第二延伸部之間的夾角為銳角。
5.根據(jù)權利要求1所述的多分束超表面分束器，其特征在于：所述底層金屬板的材料包括au及cu中的一種或多種，所述頂層金屬圖案的材料包括au及cu中的一種或多種。
6.根據(jù)權利要求1所述的多分束超表面分束器，其特征在于：所述中間介質層的材料包括聚酰亞胺。
7.一種多分束超表面分束器的應用，其特征在于：所述應用包括采用如權利要求1-6任意一項所述的多分束超表面分束器對線極化波進行分束。
8.根據(jù)權利要求7所述的多分束超表面分束器的應用，其特征在于：所述應用包括太赫茲隱身和/或太赫茲成像。
9.根據(jù)權利要求7所述的多分束超表面分束器的應用，其特征在于：當電磁波垂直入射到所述多分束超表面分束器的超表面時，入射波被所述超表面反射成四束傳播方向不同的波。
10.根據(jù)權利要求7所述的多分束超表面分束器的應用，其特征在于：在0.20thz-0.34thz的工作帶寬上，反射波的反射角范圍是20.4°-36.7°。