第
卷
第
期
光
学
学
报
年
月
基于高效传输型超表面轨道角动量涡旋波束的产生
刘 凯 婷
,
刘 鑫
,
葛 悦 禾
,
蒲 继 雄
华侨大学信息科学与工程学院
福建 厦门
摘要
应用高效传输型超表面
构造了一种可控相位的传输透镜
以标准角锥喇叭 发出 的准球 面波 照射
产生 携带
不同拓扑荷值的涡旋场波束
所用超表面在大于
带宽范围内能实现大于
的传输效率和进行
以上的
相位调制
通过补偿相位公式的理论推导
对超表面进行设计
得到
的高效率传输型超表面产生的携带轨
道角动量
的高阶涡旋波束
利用全波仿真对所提出的方案进行验证
得到了与理论相符合的结果
关键词
物理光学
涡旋波束
轨道角动量
拓扑荷数
超表面
中图分类号
文献标识码
doi
GenerationofOrbitalAn
g
ularMomentum VortexBeamsBasedon
Hi
g
hGEfficienc
y
Transmission Metasurfaces
Colle
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In
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iaoUniversit
y
Xiamen
Fu
j
ian
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
修回日期
录用日期
基金项目
国家自然科学基金
福建 省自 然科学 基金
福建 省科 技 计划
对外合作项 目
泉 州 市 科 技 计 划 对 外 合 作 项 目
华 侨 大 学 研 究 生 科 研 创 新 能 力 培 育 计 划 项 目
EGmail
EGmail
引
言
涡旋波束是一种特殊的拥有螺旋型相位波前和
相位奇点的波束
波束中心振幅为零
呈现出暗中空
形状
对于不同拓扑 荷 值
l
的 波 束
其 与 旋 转 方
位角
φ
有关 的 相 位 因 子
l
φ
决 定 了 波 束 在 传
播过程中围 绕 相 位 奇 点 表 现 出 螺 旋 型 相 位 波 前 特
性
并且携带非零轨道角动量
携带轨道角
动量是涡旋波束最 重要的特 征
其大小跟 拓 扑荷值
l
有关
根据拓扑荷值的不 同
得到不同的波 前
相位
对应不同的相互正交的涡旋波模式
呈现出不
同于频率
极化等自由 度 的新自由 度
将不同的 涡
旋波模式与贝塞尔 波束的幅 度 分布结合 起 来
可以
得到聚焦涡旋波 束
利于远距 离 传播
涡旋波束 的
这些特性
使其在诸多领域具有广泛的应用前景
如
光镊技术
信息通信
和光学囚禁
如今
已在光学领域 得到了广泛 的研究
有证据表明
通过引入
光学通信系 统的传输
能力得到了改善 和 扩展
最近的研 究 表明
带 有
的涡旋波 可 以 用 于 射 频 领 域
不 仅 限 于 光 学
领域
年
等
首先提出
可以
应用于低频率
并验 证 了相控阵 天 线可以产 生 涡旋
波
从而打开了
在射频领 域 应 用 的 大 门
然
后
由
等
系统地研究 了由圆形天线