[发明专利]一种用于高功率微波器件的全介质透射式准光模式变换器

权利要求书

1.一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，实现了电磁波从TE_mn或TM_0n模式到高斯光束的转换，其特征在于：包括介质基底，所述介质基底由n个正方形单元结构组成，每个单元结构的中心都设有一个由介质材料制成柱体，柱体的顶面和底面均具有二重旋转对称性，用于充当移相器和波片使用，同时调整该单元电磁波入射电场的矢量方向；调节单元结构内快轴方向和慢轴方向的尺寸：当该单元结构的快轴方向与慢轴方向之间存在90°或者180°的相位差时，单元结构分别具有四分之一波片和半波片的功能，以用于转换电场的极化方式；

所述变换器中柱体的设置规律为：针对每一个柱体，以该单元结构中的正方形中心为圆心，逆时针旋转，其中，0＜θ＜360°，使得入射电磁波在每个单元结构的快轴和慢轴方向都有电场分量；每个单元结构在快轴，慢轴方向的长度根据在x方向和y方向的电场相位所需补偿相位差进行调整，使透过基板的电磁波在同一时刻的电场分布满足目标高斯波束电场分布。

2.根据权利要求1所述的一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，其特征在于：所述柱体为具有两个相互正交对称轴的柱体。

3.根据权利要求1所述的一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，其特征在于：每个单元结构的周期P均为0.25λ～0.6λ，λ为变换器工作频率对应的电磁波波长。

4.根据权利要求1所述的一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，其特征在于：所述单元结构的数目n≥6。

5.根据权利要求1所述的一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，其特征在于：n个单元结构采用准周期或者周期性排布成圆形、方形或正多边形。

6.根据权利要求1所述的一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，其特征在于：所述介质基底选用材料的消光系数接近于0；柱体选用材料的介电常数大于6，消光系数接近于0。

7.根据权利要求1所述的一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，其特征在于：所述介质基底采用材料为陶瓷、硅片二氧化硅、石英玻璃、氟化钙、氟化钡或红外硫系玻璃低损耗介质材料中的一种；所述柱体采用材料为采用三氧化二铝、二氧化钛、二氧化铪、氮化镓、氮化硅、硅或锗等高介电常数低损耗介质材料中的一种。

8.根据权利要求1～7所述的一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，其特征在于：该变换器可将电磁波转换成线极化高斯波束，其转换过程为：

步骤1、保持单元结构在其快轴与慢轴方向之间的相位差不变恒定为180°，此时，单元结构具有半波片的功能，以用于将入射电场的极化方式变为线极化；

步骤2、选择出快轴方向柱体尺寸与慢轴方向柱体尺寸不同，且保持快轴与慢轴方向相位差恒定为180°的单元结构；这些单元结构将会在其快轴与慢轴方向具有不同的相移，该单元将同时具有半波片和移相器的功能；

步骤3、根据比较不同单元位置处的目标高斯波束与输入电磁波的电场极化与相位分布差异，调节不同位置处柱体尺寸和旋转方向从而达到改变入射波电场分布，实现模式转换的目的。

9.根据权利要求1～7所述的一种用于真空电子器件的全介质透射式准光模式变换器，其特征在于：该变换器还可将电磁波转换成圆极化高斯波束，其转换过程为：

步骤1、保持在其快轴与慢轴方向之间的相位差恒定为90°，此时，单元结构具有四分之一波片的功能，以用于将入射电场的极化方式变为圆极化；

步骤2、选择出快轴方向柱体尺寸与慢轴方向柱体尺寸不同，且保持快轴与慢轴方向相位差恒定为90°的单元结构，这些单元结构将会在其快轴与慢轴方向具有不同的相移,该单元结构将同时具有四分之一波片和移相器的功能；

步骤3、根据比较不同单元位置处的目标高斯波束与输入电磁波的电场极化与相位分布差异，调节柱体尺寸和旋转方向从而达到改变入射波电场分布，实现模式转换的目的。