摘要：提出了一种基于pancharatnam-berry相位设计制作的超表面平面轴棱锥透镜产生贝塞尔光束的方法.理论分析表明:由于pancharatnam-berry相位的自旋相关性,设计的平面轴棱锥透镜需采用左旋圆偏振光入射才能有效地产生贝塞尔光束.超表面微结构单元的旋转率与最大无衍射距离成反比,这提供了一个获得更大无衍射距离的方便的途径.最后,搭建了一套基于平面轴棱锥透镜的贝塞尔光束产生系统,实验结果与数值模拟结果一致.这些结论有助于设计制作更多新颖的基于pancharatnam-berry相位的平面光子学器件.

摘要：提出并设计一种基于pancharatnam-berry(P-B)相位超表面的二维光学微分器,并实现对光学图像的二维光学边缘检测.在环形光栅相位的作用下,该P-B相位超表面可将光束的左右旋分量在径向进行分离,在滤除中间重叠部分的线偏振光后,保留下来的光学信息即为二维光学微分结果.同时,通过调节该二维光学微分器的光轴分布函数可对边缘信息分辨率进行灵活调控.研究结果表明,上述P-B相位超表面可用于光学图像的二维边缘信息提取,相比于一维光栅式超表面,该方法得到的边缘信息更加完整、清晰.可以预期,这种二维光学微分器在超快光学计算与光学图像处理等方面具有重要的潜在应用价值.

摘要：由于具有拓宽信道的能力,携带轨道角动量的涡旋电磁波已经受到越来越多学者的研究.目前,基于反射式涡旋波发生装置仍然存在两个问题需要解决:1)馈源的遮挡;2)由馈源和反射表面所引起的交叉极化分量.本文提出了一种基于超表面的偏馈式涡旋波产生装置,该装置包括超表面反射阵和非正对区域放置的天线馈源.本文主要贡献为以下三方面:1)设计了一种几何相位的超表面单元;2)主、交叉极化的转化过程被详细分析;3)具体的偏馈式涡旋波产生装置被设计.通过合理设计超表面单元,实现了仅对馈源主极化场的相位补偿与汇聚调控,最终在期望的观测位置形成具有场增强效果的低交叉极化涡旋波.仿真与实验分别验证了极化选择特性与汇聚涡旋波的形成.该装置结构简单,具有极化选择性和区域场增强效果,对涡旋波通信及相关应用具有潜在价值.

摘要：基于几何相位的编码超表面对太赫兹(THz)波的偏振状态进行多维度、多自由度调控,具有重要的应用前景.本文提出了一种由反“S”形状的金属图案编码粒子构建的超表面,垂直入射情况下,在0.50—1.80 THz范围内的太赫兹波振幅反射率高于80%;结合pancharatnam-berry几何相位理论,通过旋转所设计单元的角度,获得8种编码粒子,设计了3种不同序列排布的1-bit,2-bit和3-bit编码超表面,并操控反射THz波分别产生不同角度的分束和偏折.此外,采用正入射和变角度的THz时域光谱仪分别对各个编码子单元结构阵列的反射特性(包括振幅反射率、相位、相位覆盖范围等)和设计的2-bit超表面的角度偏折现象进行测试;对比理论数值、模拟结果和实验结果,分析理论数值和实验数值之间存在偏差的原因,对满足实际需求的超表面逆向设计具有一定的借鉴意义.

摘要：在实际应用中有许多场合需要对电磁波的传播进行人工调控,传统的光学器件或者人工电磁介质都是采用三维结构,但传统的三维结构介质很难与其他器件或设备进行集成.利用相位非连续人工电磁表面则可以在传播路径的介质分界面上引入相位突变,进而实现人工调控电磁波.文章在此基础上在微波波段利用构造分界面相位梯度提出了一种异常反射型超表面的设计,用作天线反射面可将圆极化波高效地转化为交叉极化波,为微波段的电磁波人工调控提供了新的手段.根据广义反射定律及斜入射时相位突变修正设计的天线反射面,在X波段可以实现对入射电磁波的人工调控,并通过仿真分析验证了该设计方法的准确性,为人工电磁表面作为天线反射面提供了一种设计思路.

摘要：为了改善目前透射超表面效率低、轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)模式纯度低等问题,设计一种产生OAM涡旋电磁波的透射超表面。根据pancharatnam-berry相位原理,通过改变周期单元的旋转角度实现对电磁波2π全相位控制。再利用相位补偿叠加设计超表面,从而产生多模式的OAM涡旋电磁波。通过制作的一款OAM模式为+2的超表面验证所设计透射超表面的有效性。实测结果表明,该超表面可以实现左旋圆极化(Left-Handed Circularly Polarized,LHCP)平面波转换为右旋圆极化(Right-Handed Circularly Polarized,RHCP)涡旋波,并在17~19 GHz频带范围内能够实现较高的模式纯度、透射效率和极化转换率(Polarization Conversion rate,PCR)。