【技术实现步骤摘要】
本申请属于光帆设计及控制，具体涉及一种衍射光帆及衍射光帆控制装置。
技术介绍
1、电磁波携带能量与动量，当电磁波作用于物体后，会进行动量的转换，从而对物体施加一个力的作用，即光力。目前光力已被应用于光镊、光帆等领域。其中，光帆是一种新型的航空航天推进装置。光帆在2010年的ikaros(interplanbetary kite-craft accelerateby radiation of the sun)计划中被首次实现，并在近十年被广泛研究。与传统推进装置相比，光帆可不依赖于传统燃料，而是以激光或太阳光作用下产生的光力作为其向前推进的推力。与传统推进装置相比，光帆质量更小，成本更低，且能完成更复杂的飞行任务。在光帆的推进过程中，对光帆旋转状态的调控尤为重要。
2、目前，光帆转矩主要通过光束的角动量控制，即自旋角动量和轨道角动量。但该方法所能产生的最大转矩非常小(近红外波段，功率为瓦级激光的作用下，自旋角动量产生的光转矩数量级为10-16n·m)，可调自由度低，难以据此实现灵活的光帆姿态调控；此外，传统方法仅能实现两个自稳定性平衡轴，自稳定性差。
3、因此，如何实现更大的光转矩、以及平衡轴数量多且可调，以实现更稳定的自稳定性已成为目前光帆研究中亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种衍射光帆及衍射光帆控制装置，能够解决光帆的光转矩小且平衡轴数量少的技术问题。
2、一方面，本申请实施例提供一种衍射光帆，包括
3、基底层
4、复数个亚波长单元沿着亚波长结构层的径向依次排列，
5、复数个亚波长单元的绝对偏折效率沿着亚波长结构层的角向周期性分布，复数个亚波长单元的绝对偏折效率沿着亚波长结构层的径向分区域分布。
6、根据本申请第一方面的实施方式，沿着亚波长结构层的径向依次包括k个环形区域，k为大于等于2的正整数，位于第j个环形区域内的亚波长单元的绝对偏折效率满足关系式：
7、其中，
8、j为正整数，且1≤j≤k，
9、示衍射光帆的初始旋转角，
10、表示亚波长单元的方位角，
11、mj为整数，第j个环形区域内的亚波长单元的绝对偏折效率的角向周期等于π/mj，
12、deff-j表示在第j个环形区域内，方位角为的亚波长单元的绝对偏折效率，
13、其中，mj≠mj+1。
14、根据本申请第一方面前述任一实施方式，沿着亚波长结构层的径向分布的亚波长单元的相位分布是沿着亚波长结构层的径向分阶变换的拓扑相位分布。
15、根据本申请第一方面前述任一实施方式，亚波长单元的长度为0.08λ-0.42λ，亚波长单元的宽度为0.08λ-0.14λ，亚波长单元的高度为0.18λ-0.38λ，
16、其中，λ为入射至所述衍射光帆的入射光的波长。
17、根据本申请第一方面前述任一实施方式，亚波长结构层包括沿着亚波长结构层的径向依次排列的亚波长单元组，每一组所述亚波长单元组包括x个亚波长单元，其中，
18、x为大于2的正整数，
19、在每一组亚波长单元组中，各个亚波长单元的旋转角呈线性变化。
20、根据本申请第一方面前述任一实施方式，每一组亚波长单元组中的亚波长单元沿着亚波长结构层的径向等间距排列，
21、和/或，
22、复数个亚波长单元组沿着亚波长结构层的径向等间距排列。
23、第二方面，本申请实施例提供了一种衍射光帆控制装置，包括
24、如前述的衍射光帆，
25、用于产生杂化偏振矢量光场的激光发射模块，
26、激光发射模块产生的杂化偏振矢量光场的波面上同时存在多种偏振态，
27、激光发射模块产生的杂化矢量光场的偏振态分布与衍射光帆的特定区域内的复数个亚波长单元的绝对偏折效率分布存在正交性，
28、控制器，用于控制激光发射模块产生杂化偏振矢量光场并照射到衍射光帆上。
29、根据本申请第二方面的实施方式，杂化偏振矢量光场的偏振态沿角向呈周期性分布，在每个周期内依次包括线偏振态、椭圆偏振态、圆偏振态、椭圆偏振态。
30、根据本申请第二方面前述任一实施方式，激光发射模块包括激光发射器、线偏振片、螺旋半波片、四分之一波片，线偏振片、螺旋半波片、四分之一波片沿着激光发射器的激光发射方向依次排布，螺旋半波片的阶数为n。
31、根据本申请第二方面前述任一实施方式，线偏振片的主轴与水平面之间的夹角呈0度，螺旋半波片的主轴与水平面之间的夹角呈θ度，四分之一波片与水平面之间的夹角呈0度，其中θ的值可调。
32、根据本申请第二方面前述任一实施方式，激光发射模块包括激光器与空间光调制器，空间光调制器用于产生可以作用于亚波长结构层的不同径向环形区域的不同杂化偏振矢量光场。
33、本申请实施例的衍射光帆、衍射光帆控制装置，通过分区域设计衍射光帆的绝对偏折效率分布，利用其绝对偏折效率分布与入射杂化偏振矢量光场偏振态分布的正交性，可实现其空间复用，在不同的杂化偏振矢量光场作用下，本申请的衍射光帆能产生不同的作用，实现成倍效应以及不同数量的自稳定性平衡轴，从而能实现衍射光帆摆角以及摆动周期的调控。
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1.一种衍射光帆，其特征在于：包括
2.根据权利要求1所述的衍射光帆，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的衍射光帆，其特征在于：沿着所述亚波长结构层的径向分布的所述亚波长单元的相位分布是沿着所述亚波长结构层的径向分阶变换的拓扑相位分布。
4.根据权利要求2所述的衍射光帆，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的衍射光帆，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的衍射光帆，其特征在于：
7.一种衍射光帆控制装置，其特征在于：包括
8.根据权利要求7所述的衍射光帆控制装置，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的衍射光帆控制装置，其特征在于：
10.根据权利要求8所述的衍射光帆控制装置，其特征在于：
11.根据权利要求7所述的衍射光帆控制装置，其特征在于：所述激光发射模块包括空间光调制器，所述空间光调制器用于产生可以作用于所述亚波长结构层的不同径向环形区域的不同杂化偏振矢量光场。
【技术特征摘要】
1.一种衍射光帆，其特征在于：包括
2.根据权利要求1所述的衍射光帆，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的衍射光帆，其特征在于：沿着所述亚波长结构层的径向分布的所述亚波长单元的相位分布是沿着所述亚波长结构层的径向分阶变换的拓扑相位分布。
4.根据权利要求2所述的衍射光帆，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的衍射光帆，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的衍射光帆，其特征在于：
...【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，张飞，陈思燃，蒲明博，李兰婷，
申请(专利权)人：天府兴隆湖实验室，
类型：发明
国别省市：
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