本发明属于光学超材料，具体涉及一种基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面。
背景技术：
1、光学超表面是一种由人工设计微纳结构组成的超薄平板光学器件。早期的光学超表面一经加工完成，其材料特性和几何结构便确定了，无法通过外部条件进行更改。因此，早期超表面对光波的调控缺乏灵活性，这限制了超表面的发展与应用。目前，各种应用如增强现实/虚拟现实(ar/vr)、激光雷达、自动驾驶等新兴技术领域对微纳光子器件的需求不断增长，可调谐超表面为光波的偏振、振幅和相位控制提供了支撑平台，对于上述应用至关重要。
2、近年来，人们致力于研究通过各种调控手段如压力、热量、电流、外界光照等，获得具有多种功能的可调谐光学超表面，从而自由且动态地操控光波。激光加工、光刻、光固化成型、3d打印、激光剥离等微纳加工技术的快速发展为在微米甚至纳米尺度的制造提供了条件，在产业需求和技术支持的双重推动下，可调谐超表面朝着调控速度更快、相位和幅度调控深度更大、效率更高、功耗更小的方向发展。目前可调谐光学超表面的工作原理主要分为两类：一是基于活性材料的光学超表面。利用电光效应、载流子注入或热光效应，通过调整热、电、光等外部条件，调节超表面的组成材料如石墨烯、透明导电氧化物、过渡金属硫化物、相变材料、液晶、电光晶体等的光学特性。二是通过机械驱动实现的可调谐光学超表面。在不改变超表面材料性质的前提下，重新配置组成超表面的微纳结构单元的几何形状或空间排列来调控超表面的光学响应，如调节机械结构或通过柔性可拉伸材料的弹性形变来改变超表面的物理结构。
3、基于相变材料的可调谐超表面可以提供诸如光调控、热调控以及电调控等高对比度的调控手段，但是在调控速度上，相变材料可调谐超表面还有很大的提升空间。基于液晶的可调谐超表面现在仍然有两大难题：空间上，为了实现精确控制，需要逐像素对液晶施加偏压，由于施加偏压时产生条纹效应，每个电极的间距需要限制在微米尺度，这就制约了空间上的集成；时间上，液晶切换时间在毫秒量级，响应速度相对较慢。基于石墨烯的可调谐超表面大部分结构复杂，成本高，不利于实际应用。而已有基于电光晶体材料的可调谐超表面，结构复杂且相位调控范围较小。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本发明提供了一种基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，所述可调谐光学超表面包括在同一平面上沿相互垂直的两个方向周期性排列的多个结构单元，每个结构单元包括上层电光晶体块和下层基底，其中，
3、所述上层电光晶体块的材料为铌镁酸铅-钛酸铅，所述下层基底的材料为玻璃；
4、所述上层电光晶体块的上方为光波的入射端，所述下层基底的下方为光波的出射端；
5、在每个结构单元的上层电光晶体块的相对侧面施加电压，能够通过调控电压的大小连续调节结构单元的谐振波长。
6、在本发明的一个实施例中，所述可调谐光学超表面的相邻结构单元的上层电光晶体块沿第一方向相互间隔，相邻单元的上层电光晶体块沿第二方向相互间隔，所述第一方向垂直于所述第二方向。
7、在本发明的一个实施例中，所述电压施加在每个结构单元的上层电光晶体块沿第二方向的相对两侧上。
8、在本发明的一个实施例中，所述上层电光晶体块的折射率为n＝n0-0.5n03γ13ey，其中，n0＝2.6，γ13＝120pm/v，ey为在所述上层电光晶体块沿第二方向施加电压ubias产生的电场。
9、在本发明的一个实施例中，所述上层电光晶体块的形状为长方体。
10、在本发明的一个实施例中，所述下层基底的上表面边长等于所述上层电光晶体块沿所述第一方向的长度；所述下层基底的上表面边长大于所述上层电光晶体块沿所述第二方向的宽度。
11、在本发明的一个实施例中，所述上层电光晶体块的长度l为1.5μm，宽度w为0.9μm，高度h0为1.5μm；所述下层基底的上表面边长p为1.5μm，高度h1为2μm。
12、在本发明的一个实施例中，当所述上层电光晶体块上施加电压ubias为-100v，结构单元的谐振波长为1.508μm；当所述上层电光晶体块的相对侧面上施加电压ubias为0v，结构单元的谐振波长为1.474μm；当所述上层电光晶体块的相对侧面上施加电压ubias为100v，结构单元的谐振波长为1.442μm。
13、在本发明的一个实施例中，通过调控施加在上层电光晶体块上电压的大小，能够使得入射光波发生从-π增大至π的相移。
14、在本发明的一个实施例中，当施加在所述上层电光晶体块上的电压ubias从-635v增大至820v时，入射光波发生的相移从-π增大至π。
15、与现有技术相比，本发明的有益效果有：
16、1、相比于现有的可调谐光学超表面，本发明提供的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面结构简单，调控速度较相变材料快；施加较小的电压即可实现谐振波长的调节和相位调控范围的扩展。
17、2、本发明的可调谐光学超表面能够通过调控外加电压实现光通信波段内谐振波长任意可调，在波长1.5μm处实现对光波完整2π相位的调控，调控范围优于现有电光材料超表面，其作为结构单元能够实现完整的光波波前调控；现有利用相变材料实现的可调谐光学超表面谐振波长调节范围较窄且一般不能连续调节，本发明利用高电光系数电光材料设计的可调谐光学超表面通过调控外加电压在光通信波段实现宽波段、连续的谐振波长调节；与现有技术对超表面所有结构单元施加同一外电压的方式不同，本发明是对超表面每个结构单元单独施加外电压，因此可通过对各个单元施加不同的外电压来实现光束偏折方向等的灵活操控。
18、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
1.一种基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，所述可调谐光学超表面包括在同一平面上沿相互垂直的两个方向周期性排列的结构单元，每个结构单元包括上层电光晶体块和下层基底，其中，
2.根据权利要求1所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，所述可调谐光学超表面的相邻结构单元的上层电光晶体块沿第一方向相互间隔，相邻单元的上层电光晶体块沿第二方向相互间隔，所述第一方向垂直于所述第二方向。
3.根据权利要求2所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，所述电压施加在每个结构单元的上层电光晶体块沿第二方向的相对两侧上。
4.根据权利要求3所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，所述上层电光晶体块的折射率为n＝n0-0.5n03γ13ey，其中，n0＝2.6，γ13＝120pm/v，ey为在所述上层电光晶体块沿第二方向施加电压ubias产生的电场。
5.根据权利要求1所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，所述上层电光晶体块的形状为长方体。
6.根据权利要求1所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，所述下层基底的上表面边长等于所述上层电光晶体块沿所述第一方向的长度；所述下层基底的上表面边长大于所述上层电光晶体块沿所述第二方向的宽度。
7.根据权利要求6所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，所述上层电光晶体块的长度l为1.5μm，宽度w为0.9μm，高度h0为1.5μm；所述下层基底的上表面边长p为1.5μm，高度h1为2μm。
8.根据权利要求1所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，当所述上层电光晶体块上施加电压ubias为-100v，结构单元的谐振波长为1.508μm；当所述上层电光晶体块的相对侧面上施加电压ubias为0v，结构单元的谐振波长为1.474μm；当所述上层电光晶体块的相对侧面上施加电压ubias为100v，结构单元的谐振波长为1.442μm。
9.根据权利要求1所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，通过调控施加在上层电光晶体块上电压的大小，能够使得入射光波发生从-π增大至π的相移。
10.根据权利要求9所述的基于高电光系数电光材料的可调谐光学超表面，其特征在于，当施加在所述上层电光晶体块上的电压ubias从-635v增大至820v时，入射光波发生的相移从-π增大至π。
