本文研究在同一個結(jié)構(gòu)上同時產(chǎn)生多個階數(shù)軌道角動量(OAM)的方法。論文主要分為兩個大方向:使用超表面上二維陣列單元的特殊排布方式和使用特殊的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的方式。根據(jù)本課題組已有的研究成果,在領(lǐng)結(jié)型單元已有一個周期相位變化的基礎(chǔ)上,本文提出了可以在兩個正交方向上分別產(chǎn)生一個周期和兩個周期相位變化的雙領(lǐng)結(jié)單元,利用新提出的單元,電磁波軌道角動量復(fù)用的可行性得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。該單元組成的陣列可以在兩個正交極化入射的情況下,分別在這兩個方向產(chǎn)生不同階數(shù)軌道角動量的相位模式,同時保持幅度的相對均勻。通過理論分析、單元仿真、超表面陣列模型仿真、樣品加工和實(shí)驗(yàn)測量,得到的仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的吻合度,從而驗(yàn)證了該設(shè)計的正確性。相對于之前使用一個超表面產(chǎn)生特定階數(shù)軌道角動量的工作成果,本文進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了在一個陣列上同時產(chǎn)生兩個階數(shù)軌道角動量的模式。結(jié)合在一個模型上同時產(chǎn)生兩個階數(shù)軌道角動量的設(shè)想,本文還探索了若干特殊的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。一類是具有高聚集特性的人工表面等離激元(SSPP)結(jié)構(gòu),使用人工表面等離激元激勵環(huán)形分布的貼片可以在特定頻點(diǎn)產(chǎn)生特定階軌道角動量,而軌道角動量的階數(shù)取決于該頻率的電磁波在人工表面等離激元結(jié)構(gòu)上傳播的波數(shù)。文中設(shè)計并仿真了單圈人工表面等離激元波導(dǎo)的軌道角動量產(chǎn)生并說明了雙圈人工表面等離激元波導(dǎo)的可行性;另一類是在封閉型波導(dǎo)的表面開縫從而實(shí)現(xiàn)漏波,本文探索了矩形波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)(SIW)兩種結(jié)構(gòu),分別采用連續(xù)和離散兩種開槽方式,仿真結(jié)果也證明不同階數(shù)的軌道角動量可以由環(huán)形波導(dǎo)的半徑控制,且兩圈波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的相互影響可以忽略不計。綜上,本文成功設(shè)計、仿真并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了雙領(lǐng)結(jié)單元超表面能產(chǎn)生兩個獨(dú)立階數(shù)的軌道角動量,設(shè)計并仿真驗(yàn)證了利用基片集成波導(dǎo)與矩形波導(dǎo)產(chǎn)生互不干擾的兩階軌道角動量的功能。這些設(shè)計可以為今后通信系統(tǒng)中的軌道角動量復(fù)用提供技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN25
【部分圖文】：

其能量流密度圍繞光軸旋轉(zhuǎn)，因此也被稱為渦旋電磁波。逡逑Ａ％逡逑圖１．１自旋角動量（左）和軌道角動量（右）示意圖逡逑１＝１邐＾邋＾邋＾逡逑＿邐ｍｍ逡逑…１秦■邋Ｑ逡逑圖１．２不同階數(shù)軌道角動量波陣面、相位和幅度分布逡逑１逡逑

其能量流密度圍繞光軸旋轉(zhuǎn)，因此也被稱為渦旋電磁波。逡逑Ａ％逡逑圖１．１自旋角動量（左）和軌道角動量（右）示意圖逡逑１＝１邐＾邋＾邋＾逡逑＿邐ｍｍ逡逑…１秦■邋Ｑ逡逑圖１．２不同階數(shù)軌道角動量波陣面、相位和幅度分布逡逑１逡逑

邐第１章緒論逡逑頻段下的一階0ＡＭ［８］，其產(chǎn)生不同區(qū)域相位梯度的原理是在不同區(qū)域?qū)ο辔话蹇涛g不同逡逑的深度，如圖１．３所示。設(shè)計的不同相鄰區(qū)域的步進(jìn)高度」ｈ邋＝邋１６３．４邋ｎｍ，當(dāng)５９９邋ｎｍ的源逡逑透射過螺旋相位板后，觀察到相位在觀察平面沿著順時針方向變化了一個周期。逡逑使用特殊設(shè)計的超表面也可用來將入射波的相位分布改造為螺旋相位分布的ＯＡＭ波逡逑束。虞南方等人在２０１１年提出Ｖ型天線陣構(gòu)成的超表面Ｐ］，其推廣了斯涅爾定律，并排逡逑布不同Ｖ型單元在超表面的八個方位，從而產(chǎn)生覆蓋一個周期的相位分布，如圖１．４所示。逡逑通過與高斯波束干涉，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)生了渦旋波束，其場強(qiáng)分布也證實(shí)產(chǎn)生的波束確實(shí)攜帶逡逑了邋ＯＡＭ１９］。逡逑Ｍ—逡逑圖１．４設(shè)計的超表面實(shí)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單元排布在空間兩個方向產(chǎn)生兩個逡逑ＯＡＭｌＭ，為ＯＡＭ多階復(fù)用提供給了新的思路。如圖１．５所示，通過設(shè)計超表面的單元相逡逑位排布，實(shí)現(xiàn)了在兩個方向產(chǎn)生兩個波束且均攜帶有ＯＡＭ。逡逑Ａｙ逡逑ＯＡＭ邋ｂｅａｍ邋＃１邐Ｓ０邋丨邐９逡逑１邐Ｅ，ｅｍ＝＂１邐Ｊ邐＾ｋｙ＿＿邐邐逡逑圖１．５產(chǎn)生兩個不

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮文艷;付棟之;王云龍;張沛;;軌道角動量模式識別方法綜述[J];物理實(shí)驗(yàn);2019年02期

2 梁彬;程建春;;聲波的“漩渦”——聲學(xué)軌道角動量的產(chǎn)生、操控與應(yīng)用[J];物理;2017年10期

3 施帥;丁冬生;周志遠(yuǎn);李巖;張偉;史保森;;軌道角動量光的區(qū)分[J];光學(xué)學(xué)報;2015年06期

4 ;光子軌道角動量的應(yīng)用與發(fā)展——記中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔡鑫倫課題組及其研究學(xué)科[J];科學(xué)中國人;2016年34期

5 魏克軍;;軌道角動量技術(shù)在無線通信中的應(yīng)用[J];電信網(wǎng)技術(shù);2013年09期

6 柯熙政;呂宏;武京治;;基于光軌道角動量的光通信數(shù)據(jù)編碼研究進(jìn)展[J];量子電子學(xué)報;2008年04期

7 ;為什么軌道角動量不能是銈／2?[J];物理學(xué)報;1997年05期

8 王明泉;;求解軌道角動量本征值的一種簡單方法[J];黃淮學(xué)刊(自然科學(xué)版);1989年S1期

9 ;連續(xù)超表面:產(chǎn)生任意渦旋光[J];光電工程;2017年01期

10 周斌;駱青君;;全光纖光子軌道角動量模式研究[J];華南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 賈俊亮;付棟之;張沛;;利用穩(wěn)定干涉系統(tǒng)區(qū)分光子軌道角動量[A];第十七屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)會議報告摘要集[C];2016年

2 章獻(xiàn)民;;射頻軌道角動量及其應(yīng)用[A];2015年全國微波毫米波會議論文集[C];2015年

3 陸亮亮;徐平;鐘馬林;柏艷飛;祝世寧;;非線性光子晶體中的軌道角動量糾纏[A];第十六屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報告會報告摘要集[C];2014年

4 張欽偉;李文東;顧永建;張沁心;;單光子軌道角動量在海洋湍流中傳輸特性[A];第十七屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)會議報告摘要集[C];2016年

5 陳弋凌;鄭史烈;池p];金曉峰;章獻(xiàn)民;;基于平面軌道角動量天線的計算成像方法[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2017年

6 劉梅林;李文峰;徐實(shí)學(xué);王佳雯;侍行劍;;光子軌道角動量技術(shù)在衛(wèi)星上的應(yīng)用前景展望[A];2017年光學(xué)技術(shù)研討會暨交叉學(xué)科論壇論文集[C];2017年

7 周志遠(yuǎn);丁冬生;李巖;史保森;郭光燦;;準(zhǔn)相位匹配晶體中軌道角動量光的倍頻與干涉[A];第十六屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報告會報告摘要集[C];2014年

8 侯岳峰;李越;張志軍;馮正和;;雙層超材料透鏡在自旋角動量和軌道角動量中的應(yīng)用[A];2018年全國微波毫米波會議論文集(上冊)[C];2018年

9 薛皓;李龍;;軌道角動量產(chǎn)生技術(shù)及其在雷達(dá)成像領(lǐng)域研究進(jìn)展[A];2017年全國天線年會論文集（下冊）[C];2017年

10 蔡春曉;郭俊;劉奎;郜江瑞;;連續(xù)變量軌道角動量糾纏態(tài)的產(chǎn)生與測量[A];第十七屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)會議報告摘要集[C];2016年

相關(guān)重要報紙文章 前4條

1 記者 劉霞;首個軌道角動量波導(dǎo)光子芯片問世[N];科技日報;2018年

2 記者 吳長鋒 通訊員 楊保國;我首次實(shí)現(xiàn)光子軌道角動量糾纏量子存儲[N];科技日報;2015年

3 記者 桂運(yùn)安 通訊員 楊保國;中科大量子存儲實(shí)現(xiàn)新突破[N];安徽日報;2015年

4 記者 房琳琳;科學(xué)家首次觀測到有角度的加速光[N];科技日報;2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 尹佳媛;新型人工電磁表面電磁調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2017年

2 靳金金;基于幾何位相的光學(xué)軌道角動量產(chǎn)生與調(diào)控研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所);2018年

3 成立;毫米波亞毫米波天線關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2017年

4 鄒麗;軌道角動量復(fù)用系統(tǒng)大氣湍流干擾抑制方法研究[D];南京郵電大學(xué);2017年

5 楊哲;贗熱光源關(guān)聯(lián)成像及軌道角動量二階關(guān)聯(lián)性質(zhì)研究[D];清華大學(xué);2017年

6 江雪;基于聲超構(gòu)材料的聲軌道角動量研究及應(yīng)用[D];南京大學(xué);2018年

7 蔡春曉;連續(xù)變量空間多模糾纏[D];山西大學(xué);2018年

8 馬榮;利用原子系綜實(shí)現(xiàn)軌道角動量連續(xù)變量糾纏態(tài)[D];山西大學(xué);2018年

9 方良;光場物理維度特性與應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2019年

10 衡小波;高純度全光纖軌道角動量模式產(chǎn)生及激光研究[D];華南理工大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 付維杰;基于超表面及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的多階OAM生成[D];浙江大學(xué);2019年

2 馬青;基于微帶陣列的PSOAM的產(chǎn)生及應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2019年

3 羅彥;全光纖軌道角動量模式復(fù)用通信關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2018年

4 華琳;基于梯度超表面的多模PSOAM的產(chǎn)生和合成[D];浙江大學(xué);2019年

5 陳鳴瑜;渦旋光束軌道角動量模的海洋湍流效應(yīng)研究[D];江南大學(xué);2018年

6 張鈺;雙光子軌道角動量態(tài)對比的實(shí)驗(yàn)[D];杭州師范大學(xué);2018年

7 蔡欣倫;基于人工電磁表面的左手力矩的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

8 王禹翔;基于頻率選擇表面的軌道角動量激發(fā)器件研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

9 王榕煒;軌道角動量天線的研究及設(shè)計[D];華東師范大學(xué);2018年

10 李碩;基于分?jǐn)?shù)階光子軌道角動量的圖像邊緣增強(qiáng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號：2834341