光束控制装置的制作方法

1.本公开的实施例涉及一种光束控制装置。


背景技术：

2.根据调控的波的种类不同，超表面可以分为光学超表面、声学超表面、机械超表面等。光学超表面是最常见的一种类型，它可以通过亚波长的微结构来调控电磁波的偏振、相位、振幅和频率等特性，超表面技术是一种结合了光学与纳米科技的新兴技术。
3.超表面可以被认为是二维超材料，因为它们的特征是亚波长结构的重复模式，并且它们具有许多与超材料相同的优点，超表面在许多方面甚至比超材料更有利。例如，与超材料相比，超表面可以更有效地传输光。在偏振方面，超表面可以实现偏振转换、旋光以及矢量光束产生等功能。在振幅的调控方面，超表面可以实现光的非对称透过、消反射、增透射和磁镜等。在对频率的调控方面，超表面的微结构在共振的情况下可以实现较强的局域场增强，利用这些局域场增强效应，可以实现非线性信号或者荧光信号的增强。在可见光波段，不同频率的光对应不同的颜色，超表面的频率选择特性可以用于实现结构色。利用超表面可以通过改变其结构单元的尺寸、形状等几何参数来实现对超表面的颜色的自由调控，从而可以用于高像素成像、可视化生物传感等领域。


技术实现要素：

4.本公开至少一实施例提供一种光束控制装置,该光束控制装置通过在介电层和亚波长天线单元之间设置第一粘结层以实现介电层和亚波长天线单元之间的连接更加紧密，从而保证整个光束控制单元的结构的稳定性。
5.本公开至少一实施例提供一种光束控制装置,该光束控制装置包括：基板以及在所述基板上层叠设置的镜面层、导电层、介电层和亚波长天线单元，其中，所述亚波长天线单元和所述镜面层被配置为施加不同的电压；在所述介电层和所述亚波长天线单元之间设置有第一粘结层。
6.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，在所述第一粘结层与所述介电层之间，且在所述第一粘结层与所述亚波长天线单元之间均形成有化学键，所述第一粘结层配置为将所述介电层和所述亚波长天线单元粘结。
7.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述第一粘结层的厚度为1纳米～50纳米，且所述第一粘结层的材料包括钛金属单质、铬金属单质、钨金属单质和铌金属单质中的至少之一。
8.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述第一粘结层具有导电性，所述第一粘结层在所述基板上的正投影和所述亚波长天线单元在所述基板上的正投影至少部分交叠。
9.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述第一粘结层具有绝缘性，所述亚波长天线单元在所述基板上的正投影位于所述第一粘结层在所述基板上的正投
影之内。
10.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，在所述基板和所述镜面层之间设置有第二粘结层，所述第二粘结层配置为将所述基板和所述镜面层粘结。
11.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，在所述第二粘结层与所述基板之间，且在所述第二粘结层与所述镜面层之间均形成有化学键，以将所述基板和所述镜面层粘结。
12.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述第二粘结层的厚度为1纳米～1000纳米，且所述第二粘结层的材料包括钛金属单质、铬金属单质、钨金属单质和铌金属单质中的至少之一。
13.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述第一粘结层的材料和所述第二粘结层的材料相同或者不同。
14.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述亚波长天线单元包括多条天线，每条所述天线的形状为棒状。
15.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，至少两个相邻的所述天线被配置为和所述镜面层形成不同的电压差。
16.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述亚波长天线单元包括多个天线，所述多个天线呈阵列排列。
17.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，在列方向上至少两个相邻的所述天线被配置为和所述镜面层形成不同的电压差，和/或，在行方向上至少两个相邻的所述天线被配置为和所述镜面层形成不同的电压差。
18.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述亚波长天线单元包括多条呈环形的天线，多条所述天线呈同心圆排列。
19.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，至少两条相邻的所述天线被配置为和所述镜面层形成不同的电压差。
20.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，还包括至少两条电源线，所述多条天线和所述电源线分别通过连接部电连接，每条所述电源线和一条或者多条所述天线电连接，所述电源线配置为给对应的所述天线施加电压。
21.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，在所述亚波长天线单元和所述电源线之间设置有绝缘层，所述连接部设置在贯穿所述电源线和所述绝缘层的过孔结构中。
22.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述亚波长天线单元的材料包括导电金属、导电金属氧化物和导电石墨烯中的至少之一。
23.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述镜面层的材料包括具有反射性和导电性的金属、导电金属氧化物和导电石墨烯中的至少之一。
24.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述导电层的材料包括氧化铟锡、氧化铟锌或者氧化铟镓锌。
25.例如，在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，所述介电层的材料包括无机绝缘材料或者有机绝缘材料。
附图说明
26.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
27.图1为本公开至少一实施例提供的一种光束控制装置的截面结构示意图；
28.图2为本公开至少一实施例提供的一种光束控制装置的透视结构示意图；
29.图3为本公开至少一实施例提供的一种亚波长天线单元的平面结构示意图；
30.图4为本公开至少一实施例提供的随着电子浓度变化时反射光线相位变化的曲线图；
31.图5为本公开至少一实施例提供的再一种亚波长天线单元的平面结构示意图；
32.图6为本公开至少一实施例提供的又一种亚波长天线单元的平面结构示意图；
33.图7为本公开至少一实施例提供的又一种亚波长天线单元的平面结构示意图；
34.图8为本公开至少一实施例提供的一种亚波长天线单元和连接部的平面结构示意图；以及
35.图9为本公开至少一实施例提供的一种亚波长天线单元和连接部的立体结构示意图。
具体实施方式
36.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
37.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
38.针对入射光线为红外光线、近红外光线或者可见光的情形，调控电压可以改变导电层中的电子浓度以实现相位的变化，进而可以实现对从光束控制装置的表面反射或者透射的光线的相位面进行操控。以光线从光束控制装置的表面反射为例，光束控制装置的结构主要包括镜面层、导电层、介电层和亚波长天线单元，以及在亚波长天线单元和镜面层之间建立电压的电源，以实现最终达到操控光束方向的目的。但是，本公开的发明人发现，当在某种基底材料的表面形成其他的层结构时，由于相互接触的两层层结构的材料的化学性质具有差异，可能导致相互接触的两层层结构之间的结合力不够强，从而使得在后形成的层结构的质量不佳或者容易使得相互接触的两层层结构之间出现分层的现象，或者容易出现在后形成的层结构容易从在先形成的层结构上剥落的现象，即目前的光束控制装置中的介电层和亚波长天线单元之间存在连接不稳定的问题，从而出现对光线的相位面的操控不
稳定的问题。
39.本公开的发明人注意到，可以先在在先形成的层结构(例如介电层)上形成一层黏附层，该黏附层的材料通常选择与在先形成的层结构(例如介电层)和在后形成的层结构(例如亚波长天线单元)的结合力都较强的材料。具体地，增加层结构之间的结合力的原理主要包括：增加在后形成的层结构的润湿性(wetting)，从而在在后形成的层结构和在先形成的层结构之间形成更强的化学键，以使得相互接触的层结构之间的连接更加紧密。例如，在光束控制装置中的介电层和亚波长天线单元的界面之间形成黏附层，该黏附层的材料包括铬、钨、铌、铬或者钛等金属单质。
40.本公开至少一实施例提供一种光束控制装置,该光束控制装置包括：基板以及在基板上层叠设置的镜面层、导电层、介电层和亚波长天线单元，其中，该亚波长天线单元和镜面层被配置为施加不同的电压，在介电层和亚波长天线单元之间设置有第一粘结层，该光束控制装置通过在介电层和亚波长天线单元之间设置第一粘结层可以实现介电层和亚波长天线单元之间的连接更加紧密，从而可以保证整个光束控制单元的结构的稳定性。
41.例如，图1为本公开至少一实施例提供的一种光束控制装置的截面结构示意图，如图1所示，该光束控制装置100包括：基板101、在基板101上层叠设置的镜面层102、导电层103、介电层104和亚波长天线单元105，该亚波长天线单元105和镜面层102被配置为施加不同的电压，以使得亚波长天线单元105和镜面层102之间具有电压差，且在介电层104和亚波长天线单元105之间设置有第一粘结层106。该光束控制装置100的整个结构为超表面结构，光束控制装置中的导电层103由于对其施加的电压的改变会使得导电层103中电子向导电层103和介电层104的界面附近(即有效区域a)聚集，引起导电层103的有效区域a的电子浓度发生变化，从而使得该有效区域a的介电常数的实部接近于0，进而可以实现对从光束控制装置的表面反射或者透射的光线的相位面进行操控，需要说明的是，图1中只是用虚线矩形框大致示出了有效区域a，但不代表有效区域a只局限于该区域，还可以包括该区域附近的区域，即可以是比图1中示出的矩形虚线框更大的区域，或者比图1中示出的矩形虚线框更小的区域。
42.例如，当亚波长天线单元105和介电层104之间不具有第一粘结层106时，介电层104和亚波长天线单元105的形成过程包括：将亚波长天线单元105的材料(例如金)直接使用电子束蒸镀到介电层104(二氧化硅)的表面：在开始阶段，在介电层104的表面上形成金纳米颗粒，而不是形成连续的金膜层。随着电子束蒸镀的持续进行，在介电层104表面的金膜层变得连续，但是由于不同晶粒的聚结，形成的金膜层存在一定程度的表面粗糙度，从而使得最终形成的金膜层的质量较差。
43.例如，以第一粘结层106的材料为钛金属单质、亚波长天线单元105的材料为金、介电层104的材料为二氧化硅为例进行说明，当亚波长天线单元105和镜面层102之间具有第一粘结层106时，介电层104、第一粘结层106和亚波长天线单元105的形成过程包括：在介电层104上沉积钛金属单质，钛金属单质和二氧化硅材料形成的介电层104的表面的氧原子之间形成化学键，从而实现钛金属单质和二氧化硅良好结合的目的。钛金属单质的加入对金材料形成的薄膜的晶粒尺寸和晶粒取向都有很大的影响，同时第一粘结层106对后续形成的亚波长天线单元105可以起到润湿的作用，与纯au直接蒸镀到二氧化硅的表面的示例相比，减少了成核能垒，增加了成核位点的数量，且由于ti-au化学键的形成导致润湿性增强，
从而使得au晶粒更加致密，且更易于成核，同时可以促进au原子之间的相互扩散，以更利于形成平坦且连续的金膜层。
44.例如，图2为本公开至少一实施例提供的一种光束控制装置的透视结构示意图，如图2所示，该光束控制装置100的透视结构在更大尺度上给出了一个超表面实现反射光控制的示意图，通过在亚波长天线单元105和镜面层102之间建立不同的电压差，从而实现操控反射光线的相位的目的，以实现“反常”的反射。例如，如图2所示，入射光线垂直入射至光束控制装置100的结构的表面，即沿着z方向进行入射，但反射光线并非垂直于光束控制装置100的结构的表面出射，而是在垂直于光束控制装置100的主表面的平面上(即x轴和z轴所在的平面上)具有一定角度的偏转，该偏转的角度可以由超表面结构，以及亚波长天线单元105与镜面层102之间的电压差共同控制。
45.例如，结合图1和图2，可以通过调控亚波长天线单元105与镜面层102之间的电压差使得导电层103中的电子浓度发生变化。例如，在一个示例中，亚波长天线单元105和镜面层102的材料均为au，而导电层103由厚度约为30nm的氧化铟锡形成，介电层104由氧化铝形成，假定氧化铟锡的电子浓度为6x10
20
cm-3
，则在亚波长天线单元105和镜面层102之间形成的电压可以使得氧化铟锡的有效区域a的电子浓度升高，且电压越高，电子浓度升高的越多，且越靠近导电层103和介电层104的界面部分的电子浓度越高，随着距离导电层103和介电层104的界面的距离的增大，电子浓度逐渐减小。这样，可以通过在亚波长天线单元105和镜面层102之间形成的电压的改变调控导电层103中的有效区域的电子浓度。
46.例如，如图2所示，该亚波长天线单元105包括多条天线1051，多条天线1051依次排列，多条天线1051等间距排列或者相邻的天线1051之间间隔不同的间距，本公开的实施例对此不作限定。图2中以该亚波长天线单元105包括9条天线1051为例进行说明，可以是每条天线1051和镜面层102之间形成的电压差均不相同，也可以是以三条依次相邻设置的天线1051为一组，一组中的三条天线1051分别与镜面层102之间形成的不同的电压差，且以三条依次相邻设置的天线1051为一个重复单元进行重复，还可以是相邻的两条天线1051作为一个重复单元，或者依次设置的四条天线1051、五条天线1051、六条天线1051、七条天线等作为一个重复单元。
47.例如，如图2所示，在一个示例中(称为示例1)，第一条天线1051、第二条天线1051、第三条天线1051分别和镜面层102之间形成的电压差依次为v1、v2和v3，v1、v2和v3均不相同，且以此作为一个重复单元。同样地，在第四条天线1051、第五条天线1051、第六条天线1051分别和镜面层102之间形成的电压差依次为v4＝v1、v5＝v2和v6＝v3；在第七条天线1051、第八条天线1051、第九条天线1051和镜面层102之间形成的电压差依次为v7＝v1、v8＝v2和v9＝v3，从而可以使得任意相邻的两条天线1051和镜面层102之间形成的电压差均不相同，电压差以三条天线为周期变化，以使得导电层103和介电层104的界面部分的电子浓度也发生同样周期的变化，从而使得超表面出射光线的相位发生周期性相变。该周期性相变在x轴方向的变化率dф/dx决定了超表面出射光的“反常”偏转角度。
48.同样的，依次设置的两条天线1051、四条天线1051、五条天线1051、六条天线1051、七条天线1051或者八条天线1051等作为一个重复单元的示例可以参见上述中基于三条天线1051作为一个重复单元的相关描述，在此不再赘述。
49.例如，在另一个示例(示例2)中，仍如图2所示，第一条天线1051、第二条天线1051
和第三条天线1051作为一组，第一条天线1051、第二条天线1051和第三条天线1051和镜面层102之间形成的电压差相同，均为v1。第四条天线1051、第五条天线1051和第六条天线1051作为一组，第四条天线1051、第五条天线1051和第六条天线1051分别和镜面层102之间形成的电压差相同，均为v2；第七条天线1051、第八条天线1051和第九条天线1051作为一组，第七条天线1051、第八条天线1051和第九条天线1051和镜面层102之间形成的电压差相等，均为v3。从第十条天线到第十八条天线开始依次重复第一条天线到第九条天线与镜面层102之间的电压差，天线1051和镜面层102之间形成的电压差以九条天线为周期变化，以使得导电层103和介电层104的界面部分的电子浓度也发生同样周期的变化，从而使得超表面出射光线的相位发生周期性相变。假设示例2中除上面所说电压施加方式外，其余涉及的结构、材料和入射条件均与示例1中相同，且示例2中的v1、v2、v3同示例1中的v1、v2、v3的大小也相同，则该示例2的周期性相变在x轴方向的变化率dф/dx为示例1的周期性相变在x轴方向的变化率dф/dx的三分之一大小，则“反常”偏转角度也会与示例1中的不同。
50.同样的，依次设置的两条天线1051、四条天线1051、五条天线1051、六条天线1051、七条天线1051或者八条天线1051等作为一个组合，在每一个组合中，每条天线1051和镜面层102之间形成的电压差相同的示例可以参见上述中基于三条天线1051作为一组合的相关描述。即以两条天线1051为一个组合时，依次排布的天线1051和镜面层102之间形成的电压差分别为v1、v1、v2、v2、v3、v3、v4、v4等；以四条天线1051为一个组合时，依次排布的天线1051和镜面层102之间形成的电压差分别为v1、v1、v1、v1、v2、v2、v2、v2、v3、v3、v3、v3、v4、v4、v4、v4等，本公开的实施例对此不作限定。
51.例如，如图1所示，在该光束控制装置100中，该第一粘结层106的材料包括钛金属单质、铬金属单质、钨金属单质和铌金属单质等，该第一粘结层106与介电层104之间，第一粘结层106与亚波长天线单元105之间均形成有化学键。例如，可以通过蒸发镀膜的方式在介电层104上沉积钛金属单质、铬金属单质、钨金属单质或者铌金属单质，以使得在介电层104上形成第一粘结层106，即该第一粘结层106的材料包括钛金属单质、铬金属单质、钨金属单质和铌金属单质中的至少之一，该第一粘结层106配置为将介电层104和亚波长天线单元105进行粘结。
52.例如，由于整个光束控制装置100的尺寸要设置的很小，因此，该第一粘结层106的厚度要设置的很薄，例如，该第一粘结层的厚度为1～50纳米。该第一粘结层106可以具有导电性，也可以具有绝缘性，本公开的实施例对此不作限定。需要说明的是，第一粘结层106的厚度太薄，在图2中示出的第一粘结层106的厚度被加厚了。
53.需要说明的是，该第一粘结层106还可以采用其他的材料形成，例如，有机材料形成的粘结胶等，只要使得形成的第一粘结层106的厚度为1～50纳米即可，本公开的实施例对此不作限定。
54.例如，在一个示例中，该第一粘结层106具有导电性，该第一粘结层106在基板101上的正投影和亚波长天线单元105在基板101上的正投影至少部分交叠。该“至少部分交叠”包括部分第一粘结层106在基板101上的正投影和部分亚波长天线单元105在基板101上的正投影交叠；或者，部分第一粘结层106在基板101上的正投影和全部亚波长天线单元105在基板101上的正投影交叠；或者，全部第一粘结层106在基板101上的正投影和部分亚波长天线单元105在基板101上的正投影交叠，本公开的实施例对此不作限定。
55.例如，在一个示例中，该第一粘结层106在基板101上的正投影和亚波长天线单元105在基板101上的正投影完全重合，以使得亚波长天线单元105通过第一粘结层106完全贴合在介电层104上，从而使得亚波长天线单元105在介电层104上紧密地连接，且第一粘结层106也不会占用更多的空间。
56.例如，在一个示例中，该第一粘结层106具有导电性且整面形成，该亚波长天线单元105包括相互间隔设置的多条天线1051，该多条天线1051可以通过构图工艺形成，即该第一粘结层106和亚波长天线单元105在不同的工艺步骤中形成，以使得多条天线1051在基板101上的正投影完全位于第一粘结层106在基板101上的正投影之内。
57.例如，该亚波长天线单元105包括的相互间隔设置的多条天线1051可以通过构图工艺形成。该第一粘结层106在基板101上的正投影和亚波长天线单元105在基板101上的正投影完全重合时，该第一粘结层106和多条天线1051可以通过同一构图工艺形成，从而节省了工艺步骤。
58.需要说明的是“构图工艺”是指形成整层的亚波长天线单元105的材料，然后在整层形成的亚波长天线单元105的材料上形成光刻胶，然后采用掩膜板通过紫外线对光刻胶进行照射，以对光刻胶进行构图，然后以光刻胶作为掩膜对亚波长天线单元105的材料进行构图，并去除残留在形成的多条天线1051上的光刻胶。
59.还需要说明的是，其他层结构也可以采用构图工艺形成，该构图工艺包括先在基层膜层上施加待构图膜层的材料，然后在待构图膜层上形成光刻胶层，采用掩膜板通过紫外线对光刻胶进行照射，以对光刻胶进行构图，然后以光刻胶作为掩膜对待构图膜层进行构图，并去除残留的光刻胶以形成最终的层结构。
60.例如，在一个示例中，该第一粘结层106具有绝缘性，该亚波长天线单元105在基板101上的正投影位于第一粘结层106在基板101上的正投影之内。即该第一粘结层106覆盖的区域可以延伸至亚波长天线单元105覆盖的区域之外，且该第一粘结层106的设置面积大于亚波长天线单元105的覆盖面积，可以减小制备工艺的复杂性，从而降低工艺难度。
61.例如，如图1所示，在基板101和镜面层102之间设置有第二粘结层107，该第二粘结层107配置为将基板101和镜面层102粘结。该第二粘结层107在基板101上的正投影和镜面层102在基板101上的正投影至少部分重叠，在一个示例中，该第二粘结层107在基板101上的正投影和镜面层102在基板101上的正投影重合，即该第二粘结层107将镜面层102全贴合在基板101上，从而使得镜面层102和基板101紧密地连接。
62.例如，在一个示例中，该第二粘结层107与基板101之间，该第二粘结层107与镜面层102之间均形成有化学键，例如，可以通过蒸发镀膜的方式在介电层104上沉积钛金属、铬金属、钨金属或者铌金属，从而将基板101和镜面层102粘结，以使得基板101和镜面层102之间的连接更加紧密。
63.例如，在一个示例中，该第二粘结层107的厚度为1纳米～1000纳米，且该第二粘结层107的材料包括钛金属单质、铬金属单质、钨金属单质和铌金属单质中的至少之一。
64.由于整个光束控制装置100的尺寸要设置的很小，因此，该第二粘结层107的厚度要设置的很薄，例如，该第二粘结层107的厚度为1纳米～1000纳米。该第二粘结层107可以具有导电性，也可以具有绝缘性，本公开的实施例对此不作限定。
65.需要说明的是，该第二粘结层107还可以采用其他材料形成，例如，有机材料形成
的粘结胶等，只要使得形成的第二粘结层107的厚度为1～1000纳米即可，本公开的实施例对此不作限定。
66.例如，在一个示例中，该第一粘结层106的材料和第二粘结层107的材料相同，这样可以采用同一工艺设备和同一种材料形成第一粘结层106和第二粘结层107，从而使得制备第一粘结层106和第二粘结层107的过程简单，且可以降低设备成本和生产成本。
67.例如，在另一个示例中，该第一粘结层106的材料和第二粘结层107的材料也可以不相同，从而可以使得使用的材料的种类更加丰富。
68.例如，图3为本公开至少一实施例提供的一种亚波长天线单元的平面结构示意图，如图3所示，每条天线1051的形状为棒状，在每条天线1051的一端设置有连接端子，该连接端子分别和外部电源连接。在图3中示出了100条天线1051，各条天线1051和镜面层102之间形成的电压差依次为v1、v2、v3、v4
…
v99和v100。此处的v1-v100至少含有两个不同值，且电压差的设定具有周期性。周期性指两个方面：一方面是以1-n条相邻的天线为一组，同组天线和镜面层的电压差相同；第二个方面是不同组的天线和镜面层的电压差有多种(例如，2-n种)不同值，且这些不同值的电压差应当周期性重复出现。例如，以相邻2条天线为一组，不同组天线与镜面层有3种不同电压差：va，vb，vc，且重复性出现。则100条天线和镜面层的电压差可以是如下设定：v1＝va，v2＝va，v3＝vb，v4＝vb，v5＝vc，v6＝vc，v7＝va，v8＝va，v9＝vb，v10＝vb，v11＝vc，v12＝vc
…
。周期性天线1051的总的条数还可以是更多条，本公开的实施例对此不作限定。天线1051和镜面层102之间电压差的周期性设定方式还可以包括以3-n条相邻天线为一组，不同组的天线和镜面层的电压差有2-n种不同值，也可以是更多种，本公开的实施例对此不作限定。
69.例如，在一个示例中，至少有两条天线1051被配置为和镜面层102形成不同的电压差，由于施加电压会使得导电层103中电子向导电层103和介电层104之间的界面附近(称有效区域a)聚集，使得有效区域a的介电常数实部接近零，且电压差的不同导致有效区域a的电子浓度也不同，通过控制有效区域a的电子浓度的变化对超表面反射或者透射的光线的相位和振幅进行调制，以实现“反常”反射或者透射。
70.例如，如果导电层103的有效区域a的介电常数实部接近于零，则根据电位移在两种材料的边界处的连续性边界条件，可以使得在导电层的有效区域的垂直于导电层103的方向的电场分量ez得到较大的增强。氧化铟锡的介电常数趋于零的区域的共振和超表面的等离子体共振的耦合使得超表面结构具有对特定波长的入射光的相位和振幅电压调控的能力。
71.如果要实现对特定波长的相位和振幅电压调制，不仅需要亚表面具有特定的几何结构，例如，各个层的厚度，天线的形状、宽度、高度以及排布周期等，还需要能通过电压调制导电层的介电常数。例如，对于由氧化铟锡形成的导电层的超表面，可以采用电压调控氧化铟锡中有效区域的电子浓度，根据drude模型，氧化铟锡中电子浓度的变化可以使得氧化铟锡的介电常数也发生变化，进而能使得折射光、反射光的相位也发生不同的变化，例如，图4为本公开至少一实施例提供的随着电子浓度变化时反射光线相位变化的曲线图，如图4所示，将所有天线下方的导电层中有效区域中的电子浓度从2.5x10
20
cm-3
变化到2x10
21
cm-3
时位于超表面结构上方某一位置接收到的反射光的相位变化可以达到约600
°
。
72.例如，图5为本公开至少一实施例提供的再一种亚波长天线单元的平面结构示意
图，如图5所示，以每条天线为一组，不同组天线与镜面层有7种不同电压差：v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7，且周期性出现，天线总数不加限定。假设该超表面结构用于透射光的透射角的操纵，则根据广义的snell定律对超表面引起折射光的“反常”折射的解释，n2sinβ
2-n1sinβ1＝(λ0/2π)dф/dx，其中，n1为入射光经过的第一介质层的折射率，n2为折射光经过的第二介质层的折射率，β1为入射光线的入射角，β2为折射光线的折射角，dф/dx表示入射光线在入射超表面后，由超表面上亚波长单元引起的在天线阵列周期方向的额外相变的变化率。
73.假设该超表面结构用于反射光的反射角的操纵，电压差设置的周期性方式仍为图5所示，以每条天线为一组，不同组天线与镜面层有7种不同电压差：v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7，且周期性出现，天线的总数不加以限定。根据广义的snell定律对超表面引起反射光的“反常”反射的解释，也同理：sinβ
3-sinβ1＝(λ0/2πn1)dф/dx，其中，β3为反射光线的反射角。如果入射光线的波长λ0为1400nm，n1＝1，光线的入射角度为0度，天线沿着x轴方向的周期是400nm每条。通过设置每个天线和镜面层之间的电压差，例如，第一条天线1051、第二条天线1051、第三条天线1051、第四条天线1051、第五条天线1051、第六条天线1051、第七条天线1051分别与镜面层102之间形成的电压差依次为v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7，存在更多条天线1051的情况下，以v1-v7为一个周期依次施加电压差，让每个天线下方的导电层中的有效区域中电子浓度产生周期性改变，从而使得每个天线附近的反射光产生周期性的相变：0，2π/7，4π/7，6π/7，8π/7，10π/7，12π/7，0，2π/7，4π/7，6π/7，
…
。则可以算出dф/dx等于π/1400nm-1
，则可根据上式得到反射角β3约等于30度，从而，这个超表面对于垂直入射的光线实现了“反常”反射，即反射角是30度而非0度，即可以通过设置合适的电压差(包括电压差的大小和电压差变化的周期)，即可控制相变周期，进而可以控制反射光线的出射角度，实现反射光的“反常”反射。
74.例如，在另一个示例中，如果入射光线的波长λ0为1400nm，n2＝1，光线的入射角度为0度，天线沿着x轴方向的周期是400nm每条。通过设置每个天线和镜面层之间的电压差，例如，第一条天线1051、第二条天线1051、第三条天线1051、第四条天线1051、第五条天线1051、第六条天线1051、第七条天线1051、第八条天线1051、第九条天线1051、第十条天线1051、第十一条天线1051、第十二条天线1051、第十三条天线1051和第十四条天线1051分别与镜面层102之间形成的电压差依次为v1、v1、v2、v2、v3、v3、v4、v4、v5、v5、v6、v6、v7和v7，让每个天线下方的导电层中的有效区域中电子浓度周期性改变，从而使得每个天线附近的反射光产生周期性的相变：0，0，2π/7，2π/7，4π/7，4π/7，6π/7，6π/7，8π/7，8π/7，10π/7，10π/7，12π/7，12π/7，0，0，2π/7，2π/7，4π/7，4π/7，6π/7，6π/7，8π/7，8π/7，10π/7，10π/7，12π/7，12π/7，
…
则可以算出dф/dx等于π/2800nm-1
，则可根据上式得到反射角β3等于14.5度，从而，这个超表面对于垂直入射的光线实现了“反常”反射，即反射角约等于14.5度而非0度，即可以通过设置合适的电压差(包括电压差的大小和电压差变化的周期)，即可控制相变周期，进而可以控制反射光线的出射角度，实现反射光的“反常”反射。
75.例如，图6为本公开至少一实施例提供的又一种亚波长天线单元的平面结构示意图，如图6所示，该亚波长天线单元105包括多个天线1051，多个天线1051呈阵列排列。例如，多个天线1051成矩阵排列，每个天线1051的平面形状为矩形、正方形或者圆形等。
76.如图6所示，在列方向上至少两个相邻的天线1051被配置为和镜面层102形成不同的电压差，或者，在行方向上至少两个相邻的天线1051被配置为和镜面层102形成不同的电
压差，或者，在列方向上至少两个相邻的天线1051被配置为和镜面层102形成不同的电压差，且在行方向上至少两个相邻的天线1051被配置为和镜面层102形成不同的电压差，这样可以使得在行方向和/或列方向上天线1051被配置为和镜面层102之间形成不同的电压差。
77.例如，在一个示例中，沿着第一行，天线1051和镜面层102之间的电压差依次为v11、v12、v13、v14和v15，该v11、v12、v13、v14和v15的大小可以是v11＝v12＝v15，v13＝v14，但是v11和v13的大小不相等，或者v11、v12、v13、v14和v15均不相同，本公开的实施例对天线1051的数量不作限定。
78.结合图1和图6所示，该多个天线1051在x轴和y轴上都具有亚波长周期结构，且z轴垂直于x轴和y轴所在的平面，进而可以实现在xz平面和yz平面这两个平面上控制反射光线的出射角度，实现反射光的“反常”反射。
79.例如，图7为本公开至少一实施例提供的又一种亚波长天线单元的平面结构示意图，如图7所示，亚波长天线单元105包括多条呈环形的天线1051，多条天线1051呈同心圆排列，不同的天线1051和镜面层102的电压差v不同，引发在超表面不同位置的反射或透射光的不同相变，根据相变的快慢dф/dx，会得到不同角度的反射光或者透射光。例如，图7中示出了多条天线1051，从靠近圆心向远离圆心的方向上，在第一条天线和镜面层102之间与在第五条天线和镜面层102之间形成的电压差的大小相等，均为v1；在第二条天线和镜面层102之间与在第六条天线和镜面层102之间形成的电压差的大小相等，均为v2；在第三条天线和镜面层102之间与在第七条天线和镜面层102之间形成的电压差的大小相等，均为v3；在第四条天线和镜面层102之间与在第八条天线和镜面层102之间形成的电压差的大小相等，均为v4，这样以四个电压差v1、v2、v3和v4为一个周期进行循环操作。可以用同一条电源线在第一条天线和镜面层102之间与在第五条天线和镜面层102之间形成的电压差为v1；可以用同一条电源线在第二条天线和镜面层102之间与在第六条天线和镜面层102之间形成的电压差均为v2；可以用同一条电源线在第三条天线和镜面层102之间与在第七条天线和镜面层102之间形成的电压差均为v3；可以用同一条电源线在第四条天线和镜面层102之间与在第八条天线和镜面层102之间形成的电压差均为v4，从而节省了电源线的数量。当然，还可以以两个电压差v1和v2为一个周期进行循环操作，或者，以三个电压差v1、v2、v3为一个周期进行循环操作，本公开的实施例对此不作限定。
80.例如，图8为本公开至少一实施例提供的一种亚波长天线单元和连接部的平面结构示意图，如图8所示，该亚波长天线单元105包括多条天线1051，沿着x轴的方向，第一条天线、第二条天线、第三条天线和第四条天线和镜面层之间的电压差分别为v1、v2、v3和v4，并以v1、v2、v3和v4作为一个重复单元，第五条天线、第六条天线、第七条天线、第八条天线和镜面层之间的电压差分别为v1、v2、v3和v4，从而形成新的循环。且亚波长天线单元105包括的每条天线1051均通过连接部109和电源线108电连接。
81.例如，图9为本公开至少一实施例提供的一种亚波长天线单元和连接部的立体结构示意图，如图9所示，亚波长天线单元105和电源线108通过连接部109电连接，该电源线108配置为给对应的天线1051施加电压，例如，每一条电源线108与至少两条天线1051相连，以给与其相连的天线1051均施加相同的电压。
82.例如，如图9所示，在亚波长天线单元105和电源线108之间设置有绝缘层110，该绝缘层110整层形成在天线1051形成的平面上。该连接部109设置在贯穿电源线108和绝缘层
110的过孔结构110a中，以使得天线1051和对应的电源线108通过连接部109电连接。
83.例如，结合图1～图9，该亚波长天线单元105的材料只要满足可以对对应波长的光线发生等离激元电磁响应，且具有导电性即可。该亚波长天线单元105的材料包括导电金属，该导电金属包括金、银、铝或者铜等，该亚波长天线单元105的材料还可以包括导电金属氧化物和导电石墨烯中的至少之一，本公开的实施例对此不作限定。
84.例如，结合图1～图9，该镜面层102的材料为对特定波长的光线具有高反射性，且具有导电性的金属。例如，该镜面层102的材料包括金、银、铝或者铜等，该镜面层102的材料还可以包括导电金属氧化物和导电石墨烯中的至少之一，本公开的实施例对此不作限定。
85.例如，在一个示例中，该导电层103的材料包括铟锡氧化物、掺杂铝或者镓的氧化锌、氧化铟锌、氧化铟镓锌、石墨烯或者导电氮化物等。该导电层103的材料只要满足可以对对应波长的光线产生等离激元电磁响应，在导电层103中存在电压差可以使得该导电层103中的电子浓度发生区域性变化，进而调控该区域材料的介电常数的实部即可。
86.例如，在一个示例中，该导电层103的电子浓度会随着施加的电压而改变，且满足介电常数实部接近于0即可。
87.例如，该介电层104的材料包括无机绝缘层材料或者有机绝缘层材料，该无机绝缘层的材料可以保证介电层104和导电层103之间的粘附力，使得介电层104和导电层103之间的连接更加紧密。
88.本公开至少一实施例提供的光束控制装置，具有以下至少一项有益技术效果：
89.(1)在本公开至少一实施例提供的光束控制装置中，通过在介电层和亚波长天线单元之间设置第一粘结层以实现介电层和亚波长天线单元之间的连接更加紧密，从而保证整个光束控制单元的结构的稳定性。
90.(2)本公开至少一实施例提供的光束控制装置，可以通过亚波长天线单元和镜面层形成的电压差的改变调控导电层中的有效区域的电子浓度。
91.有以下几点需要说明：
92.(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
93.(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。
94.(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
95.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。