[实用新型]宽带透射涡旋光产生器

说明书

宽带透射涡旋光产生器，包括：超构表面，超构表面由多个表面单元组成，表面单元包括水平极化栅层、圆工形天线层和垂直极化栅层，圆工形天线层位于水平极化栅层和垂直极化栅层之间；Vivaldi天线的相位中心位于超构表面聚焦相位的焦点处，并与表面单元的水平极化栅层相对。本实用新型将聚焦和涡旋超构表面结合，并采用宽带Vivaldi天线作为馈源，表面单元的外面两层为交叉极化栅结构，中间层为圆工形天线层，交叉极化栅结构能够有效的屏蔽无用极化分量的反射和透射，同时与中间层形成多次的反射与透射，可以在较宽的带宽范围内高效的辐射出有用极化分量的电磁波。本实用新型减小了超构表面单元的剖面尺寸，达到了小型化的目的。

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，尤其涉及一种基于超构表面的透射宽带涡旋光产生器。

背景技术

涡旋光(vortex beam)因沿着传播方向具有螺旋前进的波前而得名。由于涡旋光具有轨道角动量，且不同模式的轨道角动量间相互正交，为电磁波的通信提供了一种新的自由度，可以显著提高通信容量，进一步降低误码率。传统的涡旋光产生器尺寸较大并且效率低，限制了其在通信系统中的推广应用。近年来，超构表面以其对电磁波相位、幅度、极化和频率的灵活调控受到广泛关注，超构表面具有高效且低剖面的特性，为涡旋光产生器的设计提供了一种全新的思路。其中，透射涡旋光产生器不存在馈源的遮挡效应，具有更实际的应用价值。

目前，涡旋光产生器的透射超构表面多数采用多层堆叠的结构设计，以实现相位调制范围的扩展，为了使透射超构表面具有宽带的特性，现有设计中提出了在超构表面中增加空气层的结构来扩展工作宽带，但由于增加了空气层，使得超构表面的剖面尺寸增大，不利于实现涡旋光产生器尺寸的小型化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑的宽带透射涡旋光产生器。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

宽带透射涡旋光产生器，包括：超构表面，所述超构表面由多个表面单元组成，所述表面单元包括叠置的水平极化栅层、圆工形天线层和垂直极化栅层，所述圆工形天线层位于所述水平极化栅层和所述垂直极化栅层之间；Vivaldi天线，所述Vivaldi天线的相位中心位于所述超构表面聚焦相位的焦点处，所述Vivaldi天线与所述表面单元的水平极化栅层相对。

进一步的，所述圆工形天线层上设置有一圆工形金属天线，所述圆工形金属天线均包括一对天线臂和一天线轴，在所述天线轴的两端对称设置一所述天线臂，所述天线臂为朝向所述天线轴弯曲的弧形。

进一步的，所述天线轴与y轴间的夹角为正45度或负45度。

进一步的，相位落在0°～180°范围内的表面单元的圆工形金属天线的天线轴与y轴的夹角为45°，相位落在180°～360°区间内的表面单元的圆工形金属天线的天线轴与y轴的夹角为-45°；

超构表面上各表面单元的相位分布按以下公式计算：式中的λ₀为真空中的波长，m和n分别为表面单元沿x轴和y轴的单元序号，L为超构表面焦距，l为涡旋光的模式数，k为归一化调整系数。