减反膜、电磁波透射结构及减反膜的制备方法与流程

1.本发明涉及超材料技术领域，特别是涉及一种减反膜、电磁波透射结构及减反膜的制备方法。


背景技术：

2.电磁波照射在两种材料的界面上时通常会发生部分反射和部分透射，这是由于界面两侧材料的阻抗是不匹配的，而仅当tm偏振的电磁波(横磁波)以布儒斯特角入射时发生全透射，当然这个条件也是比较苛刻的。在传统的光学结构中，减小、消除界面反射具有重要的意义。例如在光学镜头中，通过减反、增透可以提成像质量。目前常用的减反方法包括，使用多层镀膜的减反膜、折射率沿垂直方向渐变的减反膜、超材料减反膜，然而这些减反膜在波长尺度上都是均匀的，只能提供均匀的透射相位，不能对透射电磁波的波前进行调控以实现不同的透射效果。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对传统的减反膜不能对透射电磁波的波前进行调控的问题，提供一种改进的减反膜。
4.一种减反膜，所述减反膜设于第一介质和第二介质的分界面，所述第一介质为电磁波入射介质，所述第二介质为电磁波出射介质，于所述第一介质入射的电磁波为入射电磁波，于所述第二介质出射的电磁波为透射电磁波，所述第一介质和所述第二介质的介电常数不同，其中，
5.所述减反膜包括：
6.多个调控单元，排布于所述分界面，每个所述调控单元具有对应的调控参数，以使所述多个调控单元通过共振减少所述入射电磁波在所述分界面上的反射，并使所述透射电磁波于所述分界面发生相位变化，使所述透射电磁波在所述分界面上具有预设的相位分布。
7.上述减反膜可设置在不同介质的分界面，并可通过共振减少工作频段内入射电磁波在分界面上的反射，同时还能使透射电磁波的相位在分界面上发生突变，使得透射电磁波在分界面上具有预设的相位分布，从而有效地对透射电磁波的波前进行调控。
8.在其中一个实施例中，所述调控单元的调控参数包括所述调控单元的电磁参数和/或结构参数。
9.在其中一个实施例中，所述减反膜的表面包括平面和/或曲面。
10.在其中一个实施例中，所述减反膜的厚度小于真空中所述入射电磁波的波长的十分之一。
11.在其中一个实施例中，每个所述调控单元具有对应的第一调控参数，所述多个调控单元被配置为使所述透射电磁波于所述分界面发生第一相位变化，以使所述透射电磁波在所述分界面上具有第一相位分布，所述第一相位分布被配置为使所述透射电磁波的折射
角接近或等于所述入射电磁波的入射角。
12.在其中一个实施例中，所述入射电磁波具有第一等相位面，与该入射电磁波对应的透射电磁波具有第二等相位面，所述第一相位变化满足下列关系式：
[0013][0014][0015]
其中，表示所述第一相位变化,表示所述入射电磁波在所述第一等相位面和所述减反膜之间累计的相位差，表示所述透射电磁波在所述减反膜和所述第二等相位面之间累计的相位差，c1表示所述第一等相位面上的相位，c2表示所述第二等相位面上的相位，(c2‑
c1)表示所述第一等相位面和所述第二等相位面之间累计的相位差，且(c2‑
c1)为一常数，φ(x,y,z)表示所述第一相位分布，x,y,z分别表示所述分界面上任意位置的三维直角坐标。
[0016]
在其中一个实施例中，每个所述调控单元具有对应的第二调控参数，所述多个调控单元被配置为使所述透射电磁波于所述分界面发生第二相位变化，以使所述透射电磁波在所述分界面上具有第二相位分布，所述第二相位分布被配置为使所述透射电磁波形成负折射。
[0017]
在其中一个实施例中，每个所述调控单元具有对应的第三调控参数，所述多个调控单元被配置为使所述透射电磁波于所述分界面发生第三相位变化，以使所述透射电磁波在所述分界面上具有第三相位分布，所述第三相位分布被配置为使所述透射电磁波汇聚。
[0018]
在其中一个实施例中，所述第三相位变化满足下列关系式：
[0019][0020]
其中，表示所述第三相位变化，φ(x,y)表示所述第三相位分布，表示所述入射电磁波在所述分界面上的相位分布，λ表示所述入射电磁波的波长，x,y分别表示所述分界面上任意位置的横纵坐标，f表示所述透射电磁波形成汇聚时的焦距；
[0021]
或，
[0022]
其中，表示所述第三相位变化，φ(x)表示所述第三相位分布，表示所述入射电磁波在所述分界面上的相位分布，λ表示所述入射电磁波的波长，x表示所述分界面上任意位置的横坐标，x0表示所述第三相位分布分界点的横坐标，q表示所述透射电磁波于所述分界面发生相位变化的斜率。
[0023]
在其中一个实施例中，所述调控单元包括：多个金属图案层，沿所述分界面的法线方向间隔设置；以及，间隔层，设于相邻的所述金属图案层之间以将相邻的所述金属图案层间隔开；其中，所述调控单元的调控参数包括所述金属图案层和所述间隔层的电磁参数，和/或所述金属图案层和所述间隔层的结构参数。
[0024]
在其中一个实施例中，所述金属图案层包括形成第一图案的金属线或形成有镂空的第二图案的金属片。
[0025]
在其中一个实施例中，所述形成第一图案的金属线包括形成耶路撒冷型十字图案
的金属线，所述形成有镂空的第二图案的金属片包括形成有镂空的耶路撒冷型十字图案的金属片。
[0026]
在其中一个实施例中，所述金属线的材质包括铜、铝、银、金、锌中的至少一种；所述金属片的材质包括铜、铝、银、金、锌中的至少一种。
[0027]
在其中一个实施例中，所述金属图案层的数量大于或等于3。
[0028]
本技术还提供一种电磁波透射结构。
[0029]
一种电磁波透射结构，包括：第一介质，所述第一介质为电磁波入射介质，于所述第一介质入射的电磁波为入射电磁波；第二介质，所述第二介质为电磁波出射介质，于所述第二介质出射的电磁波为透射电磁波，所述第一介质和所述第二介质的介电常数不同；以及，减反膜，设于所述第一介质和所述第二介质的分界面，包括多个排布于所述分界面的调控单元，每个所述调控单元具有对应的调控参数，以使所述多个调控单元通过共振减少所述入射电磁波在所述分界面上的反射，并使所述透射电磁波于所述分界面发生相位变化，进而使所述透射电磁波在所述分界面上具有预设的相位分布。
[0030]
上述电磁波透射结构，在其两个不同介质的分界面处设置有上述减反膜，从而在该电磁波透射结构中，工作频段内入射电磁波在分界面上的反射得以减少，同时透射电磁波的相位也会在分界面上发生突变，使得透射电磁波在分界面上具有预设的相位分布，从而有效地对电磁波透射结构中的透射电磁波的波前进行调控，实现较佳的不同的电磁波透射效果。
[0031]
在其中一个实施例中，所述第二介质的介电常数与所述第一介质的介电常数的比值m满足
[0032]
本技术还提供一种减反膜的制备方法，所述制备方法包括：获取入射电磁波在第一介质和第二介质分界面上的相位分布，其中所述第一介质为电磁波入射介质，所述第二介质为电磁波出射介质，于所述第一介质入射的电磁波为入射电磁波，于所述第二介质出射的电磁波为透射电磁波，所述第一介质和所述第二介质的介电常数不同；获取所述入射电磁波所期望的透射率和所述透射电磁波在所述分界面上期望的相位分布；根据所述期望的相位分布和所述入射电磁波在所述分界面上的相位分布，获取所述透射电磁波于所述分界面期望的相位变化；提供多个调控单元，并将所述多个调控单元排布于所述分界面；根据所述期望的透射率和所述期望的相位变化，调整各所述调控单元中各材料的电磁参数和/或结构参数，以使所述多个调控单元通过共振减少所述入射电磁波在所述分界面上的反射进而具备所述期望的透射率，以及使所述透射电磁波于所述分界面发生所述期望的相位变化进而使所述透射电磁波在所述分界面上具备所述期望的相位分布。
[0033]
上述制备方法，可根据入射电磁波所期望的透射率以及透射电磁波在分界面上的期望的相位分布调整调控单元中各材料的电磁参数和/或结构参数，并将该多个调控单元10施加于分界面形成具备相位调控功能的减反膜。
[0034]
在其中一个实施例中，期望的透射率大于或等于90％。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方
式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1为电磁波入射至两种不同介电常数介质的分界面上时的示意图；
[0037]
图2为电磁波入射至设置有本技术减反膜的两种不同介电常数介质的分界面上时的示意图；
[0038]
图3为本技术一实施例中多个调控单元的结构示意图；
[0039]
图4为图3所示实施例的多个调控单元的结构参数示意图；
[0040]
图5为图4所示实施例的多个调控单元设于分界面时的透射率和相位变化随频率的变化示意图；
[0041]
图6为本技术实现界面隐身的原理示意图；
[0042]
图7中的(a)图为图4所示实施例中多个调控单元实现电介质隐身的排布示意图；
[0043]
图7中的(b)图为该实施例实现电介质隐身的场示意图；
[0044]
图7中的(c)图为电磁波入射至电介质裸露表面时的场示意图；
[0045]
图8中的(a)图为本技术另一实施例中多个调控单元实现任意形状表面隐身的排布示意图；
[0046]
图8中的(b)图为该实施例实现电介质隐身的场示意图；
[0047]
图8中的(c)图为电磁波入射至电介质裸露表面时的场示意图；
[0048]
图9为图8所示实施例的0
°
面、10
°
斜面上的多个调控单元的结构参数示意图；
[0049]
图10为图8所示实施例的20
°
斜面、30
°
斜面上的多个调控单元的结构参数示意图；
[0050]
图11中的(a)图为图4所示实施例中多个调控单元实现负折射的排布示意图；
[0051]
图11中的(b)图为该实施例实现负折射的场示意图；
[0052]
图11中的(c)图为电磁波入射至电介质裸露表面时的场示意图；
[0053]
图12中的(a)图为本技术又一实施例中多个调控单元实现透射电磁波汇聚的排布示意图；
[0054]
图12中的(b)图为该实施例的te波入射时的场示意图；
[0055]
图12中的(c)图为该实施例的tm波入射时的场示意图；
[0056]
图13为图12所示实施例的多个调控单元的结构参数示意图。
[0057]
元件标号说明：
[0058]
100、减反膜，10、调控单元，11、金属图案层，12、间隔层。
具体实施方式
[0059]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0060]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0061]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0062]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0063]
请参考图1，在两种介质的分界面上，入射电磁波会被部分反射形成反射电磁波，同时还有部分透射形成透射电磁波。透反射电磁波的强度和出射角度可以由菲涅尔公式求得，其中透射电磁波的传播方向相比于入射电磁波会发生偏折，由菲涅耳定律知折射角可由入射方向、分界面两侧材料的电磁参数完全确定。需要指出的是，入射角通常取正，从而当计算得到折射角为正时，表示折射角与入射角位于分界面法线的异侧，即透射电磁波形成的是传统意义上的折射；而当计算得到折射角为负时，则表示折射角与入射角位于分界面法线的同侧，此时透射电磁波形成的便是负折射。
[0064]
为了减少反射增加透射，通常使用减反膜即可有效抑制反射电磁波，提高透射率。现有的减反膜主要包括多层镀膜的减反膜和折射率沿垂直方向渐变的减反膜，多层镀膜的减反膜可利用反射电磁波在传播过程中的程差实现反射电磁波的干涉相消，折射率沿垂直方向渐变的减反膜可利用折射率的渐变实现阻抗的逐层匹配，进而实现入射电磁波的反射减弱、透射增强效果，然而这两类减反膜并不能实现对透射电磁波的波前进行调控的效果；比较新颖的减反膜还有超材料减反膜，目前的超材料减反膜通常由金属
‑
电介质
‑
金属的亚波长结构单元以周期排布的形式构成超材料减反膜，同样这类减反膜虽然可以消除反射实现高透射，但是仍不能调控透射电磁波的波前。
[0065]
另一方面，现有技术中主要通过电磁超表面来对透射电磁波的波前进行调控。电磁超表面是由一系列能与入射电磁波发生相互作用的亚波长谐振单元在某一表面上排布构成的。使用电磁超表面可以实现对入射电磁波的振幅、相位、偏振等的灵活调控。其中透射式的电磁超表面可以在均匀的背景材料中(例如，分界面两侧都为空气)实现高效的透射波调节。而在非均匀的背景材料中(例如分界面一侧为空气，另一侧为电介质)，透射式的电磁超表面的透射效率往往受到分界面阻抗不匹配的影响，仍会产生部分的能量反射而不能达到很高的透射效率。需要指出的是，技术人员在使用这类电磁超表面时，通常选用玻璃作为基底以实现较高的透射率，但此时，其透射率至多也只能达到50％左右而无法实现更高的突破。
[0066]
基于上述问题，本技术提供了一种既能在分界面上减反增透，又能对透射电磁波的波前进行调控的新型减反膜。
[0067]
如图2所示，本技术的减反膜100设于第一介质和第二介质的分界面，其中第一介质为电磁波入射介质，第二介质为电磁波出射介质，于第一介质入射的电磁波为入射电磁
波，于第二介质出射的电磁波为透射电磁波，第一介质和第二介质的介电常数不同。通常入射电磁波在入射到分界面上时便会发生反射和折射，但将减反膜100施加到分界面上后，便可有效地抑制反射电磁波，同时对透射电磁波的波前进行调控。
[0068]
具体的，如图3所示，减反膜100包括多个调控单元10，多个调控单元10可排布于分界面，并被配置为通过共振减少工作频段内入射电磁波在分界面上的反射，同时使透射电磁波于分界面发生相位变化，从而基于多个调控单元在分界面上的排布顺序，可进一步使透射电磁波在分界面上具有预设的相位分布。具体的，每个调控单元10具有多个调控自由度，进而通过对该多个调控自由度进行调试可以使调控单元10具备一组调控参数来完成调控单元10的配置。可选的，该组调控参数包括调控单元10的电磁参数和/或结构参数，其中电磁参数可包括调控单元10的介电常数、磁导率，结构参数可包括调控单元10的长度、宽度、高度和/或调控单元10的内部不同材料结构之间的间距和/或内部各材料结构对应的长度、宽度、高度、弯折的角度等。一些实施方式中，多个自由度的调试方式可以是对预置的公式(如同时对透射率公式和相位变化公式)进行参数遍历，从而择优选取参数。需要指出的是，当调控单元10为具有多个材料结构时，调控单元10的介电常数、磁导率分别指调控单元10的有效介电常数和有效磁导率，进一步的，有效介电常数和有效磁导率可通过相应的有效介质理论求出。
[0069]
可选的，本技术所指的介电常数和磁导率均为相对介电常数和相对磁导率，对应的有效介电常数和有效磁导率为有效相对介电常数和有效相对磁导率，以方便技术人员计算每个调控单元10对应的调控参数。可选的，本技术各实施例所提供的材料均为非磁性材料，即相对磁导率为1的材料。
[0070]
进一步的，通过共振减少工作频段内入射电磁波在分界面上的反射可表现为该多个调控单元10在工作频段内使分界面上的反射电磁波干涉相消而透射电磁波干涉相涨，从而实现减反增透的效果；另外，预设的相位分布表现为为实现某种透射效果，透射电磁波在分界面上所期望具备的相位分布。例如，为了实现入射电磁波和透射电磁波的传播方向不发生变化的透射效果，则需要透射电磁波在分界面上具备第一相位分布；为了实现透射电磁波形成负折射，则需要透射电磁波在分界面上具备第二相位分布；而为了实现透射电磁波汇聚，则需要透射电磁波在分界面上具备第三相位分布。由于入射电磁波入射至分界面时，入射电磁波在分界面上的相位是固定的，因此为了使透射电磁波在分界面上具备所期望的相位分布，分界面上每个位置需通过对应的调控单元引入对应的相位变化。可以理解的是，分界面上的每个位置所需对应引入的相位变化可以部分相同，可以部分不同，也可以全部相同，也可以全部不同，具体取决于所期望实现的相位分布。
[0071]
可选的，减反膜100的厚度小于真空中入射电磁波的波长的十分之一。传统的多层镀膜减反膜为了实现反射电磁波的干涉相消，需要满足减反膜的厚度为减反膜中电磁波的波长的四分之一的奇数倍，进而可知减反膜的厚度最小为减反膜中电磁波的波长的四分之一。然而，本技术中，可通过对减反膜中调控单元10的电磁参数和/或结构参数进行配置，使得减反膜100的厚度小于真空中入射电磁波的波长的十分之一，进而使得一些实施例中的减反膜100的厚度能够小于减反膜100中的电磁波的波长的四分之一，以突破传统多层镀膜减反膜的厚度限制，提供一种全新的更薄型的、可同时实现减反和相位调控的减反膜100。
[0072]
可选的，如图3所示，调控单元10包括多个金属图案层11，沿分界面的法线方向间
隔设置；以及间隔层12，设于相邻的金属图案层11之间以将相邻的金属图案层11间隔开；其中，调控单元10的调控参数包括金属图案层11和间隔层12的电磁参数，和/或金属图案层11和间隔层12的结构参数。如此，通过调整金属图案层11和间隔层12的电磁参数，和/或调整金属图案层11和间隔层12的结构参数，便可对调控单元10进行配置，电磁参数和结构参数的定义可参考前文表述，此处不再赘述。另一方面，通过设置多个金属图案层11可以为调控单元10的相位变化调控以及入射电磁波的透射率调控提供更多自由度，从而更有利于入射电磁波期望的透射率以及透射电磁波期望的相位分布的实现。优选的，金属图案层11的数量大于或等于3，从而有利于提供足够数量的自由度来完成调控单元10的配置，以更有效地实现减反增透、透射相位调控的效果。可以理解的是，为了避免调控单元10过厚以及节省调控时间，金属图案层11的数量也不宜过多，优选小于或等于5，更优选的，金属图案层11的数量为3。
[0073]
可选的，金属图案层包括形成第一图案的金属线或形成有镂空的第二图案的金属片。可选的，形成第一图案的金属线包括形成耶路撒冷型十字图案的金属线，所述形成有镂空的第二图案的金属片包括形成有镂空的耶路撒冷型十字图案的金属片。采用耶路撒冷型十字结构超表面有利于实现相位梯度变化的电磁超表面，同时也方便调控单元10的结构参数的调控。
[0074]
可选的，金属线的材质包括铜、铝、银、金、锌中的至少一种；金属片的材质包括铜、铝、银、金、锌中的至少一种。从而金属线和金属片的制备材料多样，有利于本技术减反膜100的制备。可选的，间隔层12的材质可以与第二介质的相同，从而可同样方便减反膜100的制备。可选的，金属线和金属片的材质还可以是ito(氧化铟锡)等导电材料，技术人员可根据实际情况进行选择，本技术对此不做限制。
[0075]
具体的，图4示出了关于图3所示的多个调控单元的一组可选的结构尺寸参数，图5则对应示出了图4所示的多个调控单元设于分界面时的入射电磁波透射率和透射电磁波的相位变化随频率的变化示意图。其中，分界面一侧的第一介质的相对介电常数为1，分界面另一侧的第二介质的相对介电常数为4.4。调控单元10具有5类，每类调控单元10具有3个金属图案层11，可选的，金属图案层11的厚度为0.018mm，间隔层12对应有两个且为正方形，可选的，正方形的边长p为7.73mm，间隔层的厚度为1mm，从而图4所示实施例的减反膜100的厚度为2.054mm，从而可知，本实施例减反膜100的厚度小于真空中入射电磁波的波长的十分之一(3mm)。可选的，金属图案层11的材质为铜，间隔层12的相对介电常数与第二介质(相对介电常数为4.4)的相同，从而在图5所示的9.8ghz～10.2ghz的工作频段内，减反膜100的折射率可近似为对应可求得传统的多层镀膜减反膜的最小厚度约为可以看到，本实施例减反膜100的厚度也小于传统的多层镀膜减反膜的最小厚度。可选的，金属图案层11中每个耶路撒冷型十字图案对应具有ω,t,r
x
三个参数，其中，ω表示耶路撒冷型十字图案的线宽，t表示耶路撒冷型十字图案中相邻端部间的间隙宽度，r
x
表示耶路撒冷型十字图案在间隔层12x方向上的长度。图4所示的各金属图案层11的ω均为1mm，t均为0.8mm，r
x
的取值则各不相同，图4中r
x
所取数值的单位也为mm。另外，layer表示金属图案层11，meta
‑
atom表示调控单元10，layer1表示第一个金属图案层11，meta
‑
atom1即表示第一个调控单元10，以此类推。可以看到，图5中，在9.8ghz～10.2ghz频率范围
内，各调控单元10均具备大于50％的透射率，而在9.92ghz～10.07ghz更是具备大于90％接近100％的透射率；同时，各调控单元10在上述工作频段可分别使透射电磁波在分界面上发生对应的相位变化，如图5所示，各调控单元10对应的相位变化几乎等间隔地分布覆盖360
°
，从而有利于实现入射电磁波和透射电磁波的传播方向不发生变化的透射效果。
[0076]
上述减反膜100可设置在具备不同介电常数介质的分界面，并可通过反射干涉相消透射干涉相涨的共振减少工作频段内入射电磁波在分界面上的反射，增加透射电磁波的透过能量，同时还能使透射电磁波的相位在分界面上发生突变，使得透射电磁波在分界面上具有预设的相位分布，从而有效地对透射电磁波的波前进行调控，实现透射电磁波不同的透射效果。
[0077]
在示例性实施方式中，减反膜100的表面包括平面和/或曲面。具体的，当分界面为平面时，则减反膜100上至少部分表面为平面，以使该部分平面与分界面贴合；当分界面为曲面时，则减反膜100上至少部分表面为对应的曲面，以使该部分曲面与分界面贴合；当分界面为不规则面，如既有曲面也有平面时，则减反膜100上至少部分表面也为对应的不规则面，以使该部分不规则面与分界面贴合。如此，可更好地保证本技术减反膜100的减反增透效果以及透射电磁波的相位调控效果。
[0078]
在示例性实施方式中，每个调控单元10具有对应的第一调控参数，多个调控单元10被配置为使透射电磁波于分界面发生第一相位变化，以使透射电磁波在分界面上具有第一相位分布，第一相位分布被配置为使透射电磁波的折射角接近或等于入射电磁波的入射角。可选的，透射电磁波的折射角接近或等于入射电磁波的入射角可以是透射电磁波的折射角与入射电磁波的入射角的差处于
±
10
°
或
±5°
或
±2°
的范围内。
[0079]
特别的，当透射电磁波的折射角等于入射电磁波的入射角时，多个调控单元10可使透射电磁波的传播方向被偏折到原来入射电磁波的传播方向上，同时由于反射电磁波也被抑制，从而看起来入射电磁波像是直接穿越了这个界面，可以将这种现象称为“隐形界面”。具体的，请参见图6，入射电磁波具有第一等相位面，与该入射电磁波对应的透射电磁波具有第二等相位面。由惠更斯原理可知，等相位面表示电磁波的波面，该波面上电磁波的相位相同。为实现“隐形界面”现象，第一相位变化满足下列关系式：
[0080][0081]
其中，表示第一相位变化,表示入射电磁波在第一等相位面和减反膜之间累计的相位差，表示透射电磁波在减反膜和第二等相位面之间累计的相位差，c1表示第一等相位面上的相位，c2表示第二等相位面上的相位，(c2‑
c1)表示第一等相位面和第二等相位面之间累计的相位差，且(c2‑
c1)为一常数，φ(x,y,z)表示第一相位分布，x,y,z分别表示分界面上任意位置的三维直角坐标。
[0082]
在一实施方式中，请参考图7中的(a)图至(c)图，本实施方式采用图4所示实施例的多个调控单元10来实现电介质的隐身效果，从而本实施方式中各调控单元10的第一调控参数中的结构参数(p,ω,t,r
x
)由图4示出。具体的，如图7所示，具有平直表面的菱形电介质设置在第一介质中，第一介质的相对介电常数为1，菱形电介质(即第二介质)的相对介电常数为4.4，平面电磁波以45
°
角入射至菱形电介质的表面；另外，(a)图中的序号1即表示meta
‑
atom1(即第一个调控单元10)，序号2即表示meta
‑
atom2(即第二个调控单元10)，以此
类推，当各调控单元10按(a)图所示顺序排列在菱形电介质的表面时，多个调控单元10可在菱形电介质表面形成的均匀的相位变化，进而满足对于减反膜100的不同位置，电磁波在第一等相位面和第二等相位面之间累积的相位差为一常数，实现电介质的隐身。进一步的，根据广义的菲涅尔定律，其中n
t
为第二介质的折射率，n
i
为第一介质的折射率，θ
i
为入射角，θ
t
为出射角，进而可以计算得到θ
t
＝45
°
，即透射电磁波的折射角等于入射电磁波的入射角，也定量地证明了本技术对透射电磁波的波前调控效果。
[0083]
进一步的，图7的(b)图示出了本实施方式的数值仿真图，可以看到平面电磁波入射到菱形电介质表面后，电介质表面未形成明显反射，透射电磁波也保持了平面电磁波的平整波前和传播方向。作为对比，图7的(c)图示出了平面电磁波入射至菱形电介质裸露表面时的场示意图，可以看到，图中平面电磁波于电介质表面产生了明显的反射，且形成的反射电磁波与入射电磁波发生了明显的干涉，使得透射电磁波的波前发生了明显的扰乱。
[0084]
在另一实施方式中，图8的(a)图至(b)图模拟了曲面的电介质隐身效果。在该实施方式中，通过截取多段微小平面(分别为具有10
°
、20
°
、30
°
倾角的斜面)来形成电介质曲面，该电介质曲面设置在第一介质中，第一介质的相对介电常数为1，具有曲面的电介质(即第二介质)的相对介电常数为12，平面电磁波竖直向下入射至该曲表面。图8的(b)图示出了本实施方式的数值仿真图，可以看到平面电磁波入射到具有减反膜100的电介质曲面后，电介质曲面未形成明显的电磁波反射，同时透射电磁波也保持了平面电磁波的平整波前和传播方向。作为对比，图8的(c)图示出了平面电磁波入射至裸露的电介质曲面时的场示意图，可以看到，图中平面电磁波于电介质曲面产生了明显的反射，且形成的反射电磁波与入射电磁波发生了明显的干涉，使得透射电磁波的波前发生了明显的扰乱变为了弧形。
[0085]
图9和图10分别示出了电介质曲面的0
°
面、10
°
斜面以及20
°
斜面、30
°
斜面上的多个调控单元的结构参数示意图，即图9和图10分别示出了本实施方式中各调控单元10的第一调控参数的结构参数(p,ω,t,r
x
)。具体的，0
°
面上的调控单元10仅具有一类，该调控单元10具有3个金属图案层11，间隔层12为正方形且边长p为4.87mm，金属图案层11的材质为铜，间隔层12的相对介电常数与第二介质(相对介电常数为12)的相同(以下不再赘述)，每个耶路撒冷型十字图案对应具有ω,t,r
x
三个参数，0
°
面上的各金属图案层的ω均为0.5mm，t均为0.5mm，r
x
的取值则各不相同，图中r所取数值的单位也均为mm。10
°
面上的调控单元10具有四类，每类调控单元10具有3个金属图案层11，间隔层12为矩形且边长p
x
为7mm，p
y
为4.87mm，每个耶路撒冷型十字图案对应具有ω,t,r
x
三个参数，10
°
面上的各金属图案层的ω均为0.5mm，t均为0.5mm，r
x
的取值则各不相同，图中r所取数值的单位也均为mm。20
°
面上的调控单元10具有六类，每类调控单元10具有3个金属图案层11，间隔层12为矩形且边长p
x
为5.93mm，p
y
为4.87mm，每个耶路撒冷型十字图案对应具有ω,t,r
x
三个参数，20
°
面上的各金属图案层的ω均为0.5mm，t均为0.5mm，r
x
的取值则各不相同，图中r
x
所取数值的单位也均为mm。30
°
面上的调控单元10具有五类，每类调控单元10具有3个金属图案层11，间隔层12为正方形且边长p为4.87mm，每个耶路撒冷型十字图案对应具有ω,t,r
x
三个参数，30
°
面上的各金属图案层的ω均为0.5mm，t均为0.5mm，r
x
的取值则各不相同，图中r
x
所取数值的单位
也均为mm。
[0086]
在示例性实施方式中，每个调控单元10具有对应的第二调控参数，多个调控单元10被配置为使透射电磁波于分界面发生第二相位变化，以使透射电磁波在分界面上具有第二相位分布，第二相位分布被配置为使透射电磁波形成负折射。其中负折射即表示透射电磁波的折射角与入射电磁波的入射角位于分界面的法线的同侧。
[0087]
可选的，请参考图11中的(a)图至(b)，本实施方式采用图4所示实施例的多个调控单元10来实现透射电磁波的负折射效果，从而本实施方式中各调控单元10的第二调控参数的结构参数(p,ω,t,r
x
)可同样由图4示出。具体的，如图11所示，具有平直表面的电介质设置在第一介质中，第一介质的相对介电常数为1，电介质(即第二介质)的相对介电常数为4.4，平面电磁波正入射至电介质的表面；当各调控单元10按(a)图所示顺序排列在电介质的表面时，多个调控单元10可在平直电介质表面形成的反向的均匀相位变化，实现透射电磁波的负折射效果。进一步的，根据广义的菲涅尔定律，可以计算得到θ
t
＝
‑
1.89
°
，即透射电磁波的折射角为负，可知与入射电磁波的入射角位于分界面的法线的同侧，定量地证明了本技术对透射电磁波的波前调控效果。
[0088]
进一步的，图11的(b)图示出了本实施方式的数值仿真图，可以看到平面电磁波入射到平直电介质表面后，电介质表面未形成明显反射，透射电磁波发生了明显的负折射。作为对比，图11的(c)图示出了平面电磁波入射至平直电介质裸露表面时的场示意图，可以看到，图中平面电磁波于电介质表面产生了明显的反射，且形成的反射电磁波与入射电磁波发生了明显的干涉，透射电磁波则发生了传统的折射效果。
[0089]
在示例性实施方式中，每个调控单元10具有对应的第三调控参数，多个调控单元10被配置为使透射电磁波于分界面发生第三相位变化，以使透射电磁波在分界面上具有第三相位分布，第三相位分布被配置为使透射电磁波汇聚。
[0090]
可选的，第三相位变化满足下列关系式：可选的，第三相位变化满足下列关系式：其中，表示第三相位变化，φ(x,y)表示第三相位分布，表示入射电磁波在分界面上的相位分布，λ表示入射电磁波的波长，x,y分别表示分界面上任意位置的横纵坐标，f表示透射电磁波形成汇聚时的焦距；或，其中，表示第三相位变化，φ(x)表示第三相位分布，表示入射电磁波在分界面上的相位分布，λ表示入射电磁波的波长，x表示分界面上任意位置的横坐标，x0表示第三相位分布分界点的横坐标，q表示透射电磁波于分界面发生相位变化的斜率。
[0091]
可选的，图12至图13设计了对于这样的相位分布的减反
膜100。首先，请参考图12的(a)图至(c)图，具有平直表面的电介质设置在第一介质中，第一介质的相对介电常数为1，电介质(即第二介质)的相对介电常数为4.4，电磁波正入射至电介质的表面；当各调控单元10按(a)图所示顺序排列在电介质的表面时，多个调控单元10可在平直电介质表面形成等同于轴棱镜的相位分布，从而可以使经过该分界面的透射电磁波在透射侧汇聚，并在汇聚区域内形成类贝塞尔分布。
[0092]
进一步的，图12的(b)图和(c)图分别示出了本实施方式的数值仿真图，可以看到te极化和tm极化的电磁波入射到平直电介质表面后，电介质表面均未形成明显反射，而透射电磁波发生了明显的汇聚效果，图中的黑色实线表示图中最下方的区域的强度分布，可以看到这个强度分布类似于贝塞尔分布。
[0093]
具体的，图13示出了本实施方式中平直电介质表面的多个调控单元10的结构参数示意图，从而本实施方式中各调控单元10的第三调控参数的结构参数(p,ω,t,r
x
)由图13示出。具体的，该表面上的调控单元10具有5类，该调控单元10具有3个金属图案层11，间隔层12为正方形且边长p为7.7mm，金属图案层11的材质为铜，间隔层12的相对介电常数与第二介质(相对介电常数为4.4)的相同，每个耶路撒冷型十字图案对应具有ω,t,r
x
三个参数，该表面上的各金属图案层的ω均为0.8mm，t均为0.8mm，r
x
的取值则各不相同，图中r
x
所取数值的单位也均为mm。
[0094]
本技术还提供一种电磁波透射结构，包括：第一介质，第一介质为电磁波入射介质，于第一介质入射的电磁波为入射电磁波；第二介质，第二介质为电磁波出射介质，于第二介质出射的电磁波为透射电磁波，第一介质和第二介质的介电常数不同；以及，减反膜，设于第一介质和第二介质的分界面，包括多个排布于分界面的调控单元，每个调控单元具有对应的调控参数，以使多个调控单元通过共振减少入射电磁波在分界面上的反射，并使透射电磁波于分界面发生相位变化，进而使透射电磁波在分界面上具有预设的相位分布。
[0095]
上述电磁波透射结构，在其两个不同介质的分界面处设置有上述减反膜，从而在该电磁波透射结构中，工作频段内入射电磁波在分界面上的反射得以减少，同时透射电磁波的相位也会在分界面上发生突变，使得透射电磁波在分界面上具有预设的相位分布，从而有效地对电磁波透射结构中的透射电磁波的波前进行调控。
[0096]
在示例性实施方式中，第二介质的介电常数与第一介质的介电常数的比值m满足例如，m可以是1/12、1/5、1/4、1/2、2、4、5、12。具体的，以图7和图8所示为例，图7中电磁波先从第一介质入射进第二介质时，第二介质的介电常数与第一介质的介电常数的比值m为4.4/1，而当电磁波从第二介质入射回第一介质时，m的比值则为1/4.4；同样，图8中，电磁波先从第一介质入射进第二介质时，第二介质的介电常数与第一介质的介电常数的比值m为12/1，而当电磁波从第二介质入射回第一介质时，m的比值则为1/12。通过控制第二介质的介电常数与第一介质的介电常数的比值满足上述关系，有利于拓宽本技术减反膜100的应用范围，使其适配至更多种类的电磁波透射结构。
[0097]
本技术还提供一种减反膜的制备方法，其中，制备方法包括：
[0098]
s100、获取入射电磁波在第一介质和第二介质分界面上的相位分布，其中第一介质为电磁波入射介质，第二介质为电磁波出射介质，于第一介质入射的电磁波为入射电磁波，于第二介质出射的电磁波为透射电磁波，第一介质和第二介质的介电常数不同；
[0099]
可选的，第二介质的介电常数与第一介质的介电常数的比值m可满足
[0100]
s200、获取入射电磁波所期望的透射率和透射电磁波在分界面上期望的相位分布；
[0101]
s300、根据期望的相位分布和入射电磁波在所述分界面上的相位分布，获取透射电磁波于分界面期望的相位变化；
[0102]
s400、提供多个调控单元，并将多个调控单元排布于分界面；
[0103]
s500、根据期望的透射率和期望的相位变化，调整各调控单元中各材料的电磁参数和/或结构参数，使多个调控单元通过共振减少入射电磁波在分界面上的反射进而具备期望的透射率，以及使透射电磁波于分界面发生期望的相位变化进而使透射电磁波在分界面上具备期望的相位分布。
[0104]
可选的，磁参数可包括调控单元的介电常数、磁导率，结构参数可包括调控单元的长度、宽度、高度或是调控单元的内部不同结构之间的距离以及内部某一结构的形状、长度、宽度、高度等。
[0105]
上述制备方法，可根据入射电磁波所期望的透射率以及透射电磁波在分界面上的期望的相位分布调整调控单元中各材料的电磁参数和/或结构参数，并将该多个调控单元10施加于分界面形成具备相位调控功能的减反膜。
[0106]
在示例性实施方式中，期望的透射率大于或等于50％。在另一实施方式中，期望的透射率大于或等于90％。如此能够使入射电磁波形成高效率地透射，从而进一步优化透射电磁波的透射效果。
[0107]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0108]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。