本文研究在同一個結構上同時產(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結構的方式。根據(jù)本課題組已有的研究成果,在領結型單元已有一個周期相位變化的基礎上,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結單元,利用新提出的單元,電磁波軌道角動量復用的可行性得到了進一步增強。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、樣品加工和實驗測量,得到的仿真和實驗數(shù)據(jù)具有較高的吻合度,從而驗證了該設計的正確性。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,本文進一步實現(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。結合在一個模型上同時產(chǎn)生兩個階數(shù)軌道角動量的設想,本文還探索了若干特殊的波導結構。一類是具有高聚集特性的人工表面等離激元(SSPP)結構,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構上傳播的波數(shù)。文中設計并仿真了單圈人工表面等離激元波導的軌道角動量產(chǎn)生并說明了雙圈人工表面等離激元波導的可行性;另一類是在封閉型波導的表面開縫從而實現(xiàn)漏波,本文探索了矩形波導和基片集成波導(SIW)兩種結構,分別采用連續(xù)和離散兩種開槽方式,仿真結果也證明不同階數(shù)的軌道角動量可以由環(huán)形波導的半徑控制,且兩圈波導結構之間的相互影響可以忽略不計。綜上,本文成功設計、仿真并實驗驗證了雙領結單元超表面能產(chǎn)生兩個獨立階數(shù)的軌道角動量,設計并仿真驗證了利用基片集成波導與矩形波導產(chǎn)生互不干擾的兩階軌道角動量的功能。這些設計可以為今后通信系統(tǒng)中的軌道角動量復用提供技術支撐。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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。設計的不同相鄰區(qū)域的步進高度」ｈ邋＝邋１６３．４邋ｎｍ，當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，實驗驗證產(chǎn)生了渦旋波束，其場強分布也證實產(chǎn)生的波束確實攜帶逡逑了邋ＯＡＭ１９］。逡逑Ｍ—逡逑圖１．４設計的超表面實物以及局部放大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多階復用提供給了新的思路。如圖１．５所示，通過設計超表面的單元相逡逑位排布，實現(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

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本文編號：2834341