超薄菲涅耳透鏡的發(fā)展使透鏡技術發(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。盡管在微觀技術方面取得了相當大的進展，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構化成菲涅耳透鏡。我們設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。我們的實驗結果與數(shù)值模擬的結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的關系。插圖顯示了相應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x=y= 0時，由1 ~6層石墨烯構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x=y= 0時，由1 ~6層石墨烯構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。
相關研究成果由上海交通大學電子工程系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
轉自《石墨烯研究》公眾號
