超薄菲涅耳透鏡的發(fā)展使透鏡技術(shù)發(fā)生了革命性的變化，為電磁系統(tǒng)的小型化提供了巨大的前景。盡管在微觀技術(shù)方面取得了相當(dāng)大的進展，但實現(xiàn)超低剖面微波透鏡的可擴展制造策略仍有待開發(fā)。在這里，我們報道了一種利用石墨烯環(huán)制造超薄和基本平坦的菲涅耳透鏡的新策略。結(jié)果表明，利用石墨烯獨特的傳輸特性單層或多層石墨烯可以微結(jié)構(gòu)化成菲涅耳透鏡。我們設(shè)計了不同的菲涅耳透鏡，并通過數(shù)值和實驗研究了它們在微波狀態(tài)下的性能。結(jié)果表明通過改變石墨烯的層數(shù)，可以在不改變聚焦點的情況下改變聚焦波的強度。我們的實驗結(jié)果與數(shù)值模擬的結(jié)果之間的良好一致性證明了原子厚度(工作波長約為10
−7)石墨烯基透鏡的可行性，并顯示了它們在超緊湊集成方面的潛力。
圖1. 石墨烯基微波菲涅耳透鏡。
圖2. 在30 GHz下，三層石墨烯透鏡的電場峰值(黑點)與環(huán)數(shù)n的關(guān)系。插圖顯示了相應(yīng)的石墨烯透鏡和模擬的電場密度圖。
圖3. 模擬了( a )單層、( b )雙層、( c )三層、( d )四層、( e )五層和( f )六層石墨烯透鏡在30 GHz電磁波照射下的電場分布。
圖4 .三層石墨烯透鏡傳輸?shù)碾妶龇植?a) 25-GHz，(b)30-GHz和(c) 35-GHz；(d)當(dāng)x=y= 0時，由1 ~6層石墨烯構(gòu)成的菲涅耳透鏡傳輸?shù)?0 GHz平面波電場對z的依賴性；( e )三層石墨烯透鏡傳輸?shù)牟煌l率波對z的依賴性；( f )焦距和聚焦效率。
圖5. (a)制作石墨烯透鏡; (b) 實驗裝置。
圖6. 測量30GHz波照射(a)一、(b)二、(c)三、(d)四、(e)五、和(f)六層石墨烯透鏡后的電場分布。
圖7. 測量(a) 28-GHz、(b) 30-GHz和(c) 32-GHz波照射的三層石墨烯透鏡的電場分布。(d)當(dāng)x=y= 0時，由1 ~6層石墨烯構(gòu)成的菲涅耳透鏡傳輸?shù)?0 GHz平面波電場對y的依賴性；( e )三層石墨烯透鏡傳輸?shù)牟煌l率波對z的依賴性；( f )三層石墨烯透鏡的焦距和聚焦效率與工作頻率的關(guān)系。
圖8. 在z = 30 mm處，歸一化幅度：( a )模擬三層石墨烯板，( b )模擬三層石墨烯透鏡，( c )測量三層石墨烯透鏡的電場。在x = 0和z = 30 mm條件下，比較歸一化場強隨y的變化:( d )模擬,( e )測量。在所有的情況下，透鏡都是由一個30 GHz的平面波激發(fā)的。
相關(guān)研究成果由上海交通大學(xué)電子工程系Linda Shao等人于2024年發(fā)表在Carbon (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118599)上。原文：Graphene-based ultralow-profile microwave Fresnel lens
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
