基于超表面及波导结构的多阶OAM生成

发布时间：2020-10-09 23:05

　　 本文研究在同一个结构上同时产生多个阶数轨道角动量(OAM)的方法。论文主要分为两个大方向:使用超表面上二维阵列单元的特殊排布方式和使用特殊的波导结构的方式。根据本课题组已有的研究成果,在领结型单元已有一个周期相位变化的基础上,本文提出了可以在两个正交方向上分别产生一个周期和两个周期相位变化的双领结单元,利用新提出的单元,电磁波轨道角动量复用的可行性得到了进一步增强。该单元组成的阵列可以在两个正交极化入射的情况下,分别在这两个方向产生不同阶数轨道角动量的相位模式,同时保持幅度的相对均匀。通过理论分析、单元仿真、超表面阵列模型仿真、样品加工和实验测量,得到的仿真和实验数据具有较高的吻合度,从而验证了该设计的正确性。相对于之前使用一个超表面产生特定阶数轨道角动量的工作成果,本文进一步实现了在一个阵列上同时产生两个阶数轨道角动量的模式。结合在一个模型上同时产生两个阶数轨道角动量的设想,本文还探索了若干特殊的波导结构。一类是具有高聚集特性的人工表面等离激元(SSPP)结构,使用人工表面等离激元激励环形分布的贴片可以在特定频点产生特定阶轨道角动量,而轨道角动量的阶数取决于该频率的电磁波在人工表面等离激元结构上传播的波数。文中设计并仿真了单圈人工表面等离激元波导的轨道角动量产生并说明了双圈人工表面等离激元波导的可行性;另一类是在封闭型波导的表面开缝从而实现漏波,本文探索了矩形波导和基片集成波导(SIW)两种结构,分别采用连续和离散两种开槽方式,仿真结果也证明不同阶数的轨道角动量可以由环形波导的半径控制,且两圈波导结构之间的相互影响可以忽略不计。综上,本文成功设计、仿真并实验验证了双领结单元超表面能产生两个独立阶数的轨道角动量,设计并仿真验证了利用基片集成波导与矩形波导产生互不干扰的两阶轨道角动量的功能。这些设计可以为今后通信系统中的轨道角动量复用提供技术支撑。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN25
【部分图文】：

其能量流密度围绕光轴旋转，因此也被称为涡旋电磁波。逡逑Ａ％逡逑图１．１自旋角动量（左）和轨道角动量（右）示意图逡逑１＝１逦＾邋＾邋＾逡逑＿逦ｍｍ逡逑…１秦■邋Ｑ逡逑图１．２不同阶数轨道角动量波阵面、相位和幅度分布逡逑１逡逑

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逦第１章绪论逡逑频段下的一阶0ＡＭ［８］，其产生不同区域相位梯度的原理是在不同区域对相位板刻蚀不同逡逑的深度，如图１．３所示。设计的不同相邻区域的步进高度」ｈ邋＝邋１６３．４邋ｎｍ，当５９９邋ｎｍ的源逡逑透射过螺旋相位板后，观察到相位在观察平面沿着顺时针方向变化了一个周期。逡逑使用特殊设计的超表面也可用来将入射波的相位分布改造为螺旋相位分布的ＯＡＭ波逡逑束。虞南方等人在２０１１年提出Ｖ型天线阵构成的超表面Ｐ］，其推广了斯涅尔定律，并排逡逑布不同Ｖ型单元在超表面的八个方位，从而产生覆盖一个周期的相位分布，如图１．４所示。逡逑通过与高斯波束干涉，实验验证产生了涡旋波束，其场强分布也证实产生的波束确实携带逡逑了邋ＯＡＭ１９］。逡逑Ｍ—逡逑图１．４设计的超表面实物以及局部放大Ｍ逡逑Ｓｈｉｘｉｎｇ邋Ｙｕ等人在２０１６年利用特定的超表面单元排布在空间两个方向产生两个逡逑ＯＡＭｌＭ，为ＯＡＭ多阶复用提供给了新的思路。如图１．５所示，通过设计超表面的单元相逡逑位排布，实现了在两个方向产生两个波束且均携带有ＯＡＭ。逡逑Ａｙ逡逑ＯＡＭ邋ｂｅａｍ邋＃１逦Ｓ０邋丨逦９逡逑１逦Ｅ，ｅｍ＝＂１逦Ｊ逦＾ｋｙ＿＿逦逦逡逑图１．５产生两个不

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本文编号：2834341