【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及完美涡旋光生成领域，尤其涉及微波波段的完美涡旋光生成。
技术介绍
0、技术背景
1、光学涡旋光束的特征是表现出螺旋波前和携带空间相位依赖因子其中l是整数，表示拓扑荷数，是角坐标。因此，光学涡旋光束携带轨道角动量(oam)并具有环形横向强度分布。尽管涡旋光束已广泛应用于各种光学应用，例如量子信息处理、光学捕获和粒子操纵，然而传统的涡旋光的轨道角动量及所具有的环形强度的特征受到其拓扑荷数的影响，这限制了将不同拓扑荷的涡旋光进行空间叠加的一些应用。因此，为了使涡旋光的应用更加广泛，在2013年，ostrovsky首次提出了完美涡旋光这一概念，它是一种光强分布不随拓扑荷变化的特殊光束。到目前为止，已经演示了多种生成pvb的策略，例如使用轴锥透镜、空间光调制器(slm)、干涉仪或数字微镜器件(dmd)。
2、超表面，也称为二维超材料，是由亚波长构建块制成的超薄人工工程材料。由于其可以控制电磁波(emw)以实现各种现实的应用，引起人们广泛的研究。超表面可以通过超薄亚波长谐振器引入突然的相变来定制电磁波的波前。超表面首先是由yu和capasso提出，后来的研究者在微波、太赫兹、近红外、和可见光范围内提出了大量新颖的超表面。这些超表面可用于实现许多应用，例如使用亚波长平面透镜聚焦、光学隐身、生成非衍射光束、操纵具有轨道角动量(oam)的相位分布、光子自旋霍尔效应，并使用编码超表面进行光计算。
3、但是，生成pvb的传统方法都需要一系列体积大、占地面积大的光学组件，这些组件还需要能准确的对齐，并且
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于反射型几何相位超表面的微波完美涡旋光生成，可以解决上述技术问题中的一个或者多个。
2、为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案如下：
3、一种基于反射型几何相位超表面的微波完美涡旋光生成，其特征在于，所述超表面由顶层金属层、中间介质层、底层金属层三层结构组成；
4、所述顶层金属层为一个方环型金属铜结构；
5、所述中间介质层为立方体结构的介质基板；
6、所述底层金属层为整块金属铜板；
7、所述顶层金属层和底层金属层分别贴附于中间介质层的两侧；
8、定义所述顶层金属的中心为原点，金属结构关于x轴和y轴对称；
9、所述加密方式为一种基于反射型超表面生成完美涡旋光的方式，通过pb相位原理使光经过超表面反射后可以携带生成完美涡旋光的附加相位。
10、所述超表面单元结构金属-介质-金属构成，所述金属为纯铜，所述介质为fr4介质材料。
11、所述超表面由两种单元组成，这两种单元在8ghz电磁波照射下，相位延迟相差180°；
12、所述超表面单元在8ghz单极化电磁波照射下，其反射幅度均超过0.9以上；
13、所述单元周期为10mm；
14、所述单元顶层和底层铜金属厚度为0.035mm；
15、所述单元介质厚度为3.04mm；
16、所述单元顶层方环外围长度为8mm，宽度为4mm；
17、所述单元顶层方环左、右边厚度为3mm，上、下边厚度为0.2mm；
18、本专利技术利用pb相位原理，将生成完美涡旋光所需的三种相位(分别为螺旋相位板相位、锥透镜相位和傅里叶变换透镜相位)叠加在一起，使超表面携带所需的附加相位；
19、当光经过超表面反射后，出射光可以携带完美涡旋光的相位；
20、所述方法不仅仅减小了传统完美涡旋光生成器件的体积及不稳定性，还使得完美涡旋光的生成更加灵活，可以根据所需设计相应的超表面；
21、所述超表面可应用于微波波段8ghz的完美涡旋光的生成。
22、所述完美涡旋光生成方式包括以下步骤：
23、步骤一：确定所需完美涡旋光的相位分布，即螺旋相位板相位、锥透镜相位和傅里叶变换透镜的相位；
24、步骤二：根据与输出信号的附加相位变化是单元旋转角度的两倍关系，可以利用完美涡旋光相位分布逆向推理超表面单元分布；
25、步骤三：利用软件计算出完美涡旋光和超表面的相位；
26、步骤四：将超表面相位分布排布到超表面中；
27、步骤五：通过特定的极化平面波照射超表面，在预先设定好的成像平面得到完美涡旋光；
28、步骤六：设计几种不同拓扑荷的完美涡旋光进行比较所设计的完美涡旋光的“完美”性。
29、本专利技术的技术效果是：
30、(1)本专利技术使用pcb加工工艺，易于制作加工。
31、(2)本专利技术利用超表面可基于pb相位原理进行可控的光学调控，实现了微波波段完美涡旋光的生成。
32、(3)本专利技术中提出的基于反射型几何相位超表面的微波完美涡旋光生成方法促进了器件的小型化和多变化。
33、(4)本专利技术提出的完美涡旋光生成方式简单、有效且十分可靠，这对于完美涡旋光生成提供了有效的思路，并促进了涡旋光更多潜在应用的发掘。
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1.一种基于反射型几何相位超表面的微波完美涡旋光生成，其特征在于，所述超表面由顶层金属层、中间介质层、底层金属层三层结构组成；
2.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，所述超表面单元结构金属-介质-金属构成，所述金属为纯铜，所述介质为FR4介质材料。
3.根据权利要求2所述超表面单元，其特征在于，所述超表面由一种单元结构通过PB相位原理旋转再组合而成，附加相位变化是单元旋转角度的两倍。
4.根据权利要求3所述超表面单元，其特征在于，所述超表面单元在8GHz单极化电磁波照射下，其反射幅度均超过0.9以上。
5.根据权利要求3所述超表面单元，其特征在于，所述超表面由一种单元结构经过不同旋转而组成；
6.根据权利要求1所述超表面生成完美涡旋光，其特征在于，利用PB相位原理，将所需生成完美涡旋光的三种相位(分别为螺旋相位板相位、锥透镜相位和傅里叶变换透镜相位)叠加在一起，使超表面携带所需的附加相位；
7.根据权利要求5所述超表面生成完美涡旋光，其特征在于，所述完美涡旋光生成方式包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于反射型几何相位超表面的微波完美涡旋光生成，其特征在于，所述超表面由顶层金属层、中间介质层、底层金属层三层结构组成；
2.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，所述超表面单元结构金属-介质-金属构成，所述金属为纯铜，所述介质为fr4介质材料。
3.根据权利要求2所述超表面单元，其特征在于，所述超表面由一种单元结构通过pb相位原理旋转再组合而成，附加相位变化是单元旋转角度的两倍。
4.根据权利要求3所述超表面单元，其特征在于，所述超表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：井绪峰，刘秀娟，田颖，李晨霞，金永兴，杨凯，陈亮，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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