[發明專利]基于超表面透射幾何貝爾相位的高效微波渦旋光激發裝置

有效

• 申請號: 201610211830.8
• 申請日: 2016-04-07
• 公開（公告）號: CN105785601B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 羅偉杰;孫樹林;許河秀;何瓊;周磊
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種基于超表面透射幾何貝爾相位的高效微波渦旋光激發裝置，其特征在于包括三個模塊，分別是入射模塊、轉換模塊和接收模塊；其中：

所述入射模塊，使用時域門技術，由圓極化喇叭以脈沖形式將右旋或左旋圓偏振平面光垂直入射到超表面；其中，待檢測入射電磁波采用近似平面光形式入射，使入射平面光的等相面與“旋轉結構”電磁特異介質超表面重合；

所述轉換模塊，通過具有完美透射頻率窗口的“旋轉結構”電磁特異介質超表面，使得入射的左旋或右旋圓偏振平面光幾乎不改變振幅、完美地透過超表面同時，嵌入任意階螺旋相位宏觀序，所述入射的左旋圓偏振平面光變成右旋圓偏振渦旋光射出或者所述入射的右旋圓偏振平面光變成左旋圓偏振渦旋光出射；

所述“旋轉結構”電磁特異介質超表面，是由全同的電磁特異介質單元結構周期性地排列的二維陣列，“旋轉結構”電磁特異介質超表面每一個局域的附加的透射相位即幾何貝爾相位由局域的特異介質單元結構的主軸幾何轉動角度決定，并且，每一個局域的透射幅度與電磁特異介質單元結構的主軸幾何轉動角度無關，從而實現純相位調節；

所述接收模塊，是由電偶極子探針、金屬支架和可編程的步進電機自組裝而成的電場空間分布3維掃描測量儀，主要用于測量透過渦旋光激發裝置而產生左旋或右旋圓偏振渦旋光的電場空間分布。

2.根據權利要求1所述的基于超表面透射幾何貝爾相位的高效微波渦旋光激發裝置，其特征在于，所述轉換模塊中，超表面局域電磁響應設計如下：全同的電磁特異介質單元結構均設計為沿兩個主軸方向完美透射，其工作頻率為10.5GHz，由于單元結構的幾何參數全同，每一個局域的透射率模值得以保持；并且，每一個電磁特異介質單元結構均設計為以各自的中心為原點沿局域的軸方向轉動一定角度，這樣每一個單元結構都能產生不同的局域幾何貝爾相位，從而對每一個局域的相位進行獨立調控，由幾何貝爾相位的調節替代透射率相位的調節，但是嵌入的幾何貝爾相位不是嵌入到線極化基矢上，而是圓極化基矢上。

3.根據權利要求2所述的基于超表面透射幾何貝爾相位的高效微波渦旋光激發裝置，其特征在于，所述的電磁特異介質單元結構由ABA三層層疊而成，通過瓊斯矩陣理論和對稱性分析，要求單元結構具有鏡面對稱性的，在工作頻率處滿足條件：，，和為沿著兩個晶軸方向的透射系數。

4.根據權利要求3所述的基于超表面透射幾何貝爾相位的高效微波渦旋光激發裝置，其特征在于，所述的ABA三層疊層結構中，對A層和B層的相對介電常數滿足為的組合。

5.根據權利要求4所述的基于超表面透射幾何貝爾相位的高效微波渦旋光激發裝置，其特征在于，所述的ABA三層疊層結構中，A層為金屬條結構，B層為金屬條結構和金屬圈結構的組合。

6.根據權利要求1-5之一所述的基于超表面透射幾何貝爾相位的高效微波渦旋光激發裝置，其特征在于，所述“旋轉結構”電磁特異介質超表面的宏觀序設計如下：幾何貝爾相位宏觀序被設計為階螺旋相位梯度，即電磁特異介質單元結構的主軸方向繞局域z軸轉動一定角度，其中，為任意整數，為全局坐標，該角度沿著角向線性增大；

或者，設計為下述之一種：拋物線相位宏觀序，以實現光聚焦；全息相位宏觀序，以實現光全息成像；復式相位宏觀序，以實現光多功能器件。

7.根據權利要求1所述的基于超表面透射幾何貝爾相位的高效微波渦旋光激發裝置，其特征在于，所述接收模塊，還包括：

校準實驗：不放入“旋轉結構”電磁特異介質超表面，而讓入射電磁波無阻礙通過，電偶極子探針放在入射電磁波光路中間接收信號，校準左旋或右旋圓極化喇叭；

檢測實驗：放入“旋轉結構”電磁特異介質超表面；可編程步進電機帶動電偶極子探針掃描渦旋光電場分布x分量或y分量。