[发明专利]一种反射型极化转换超表面的轨道角动量产生结构设计

权利要求书

1.一种反射型极化转换轨道角动量产生超表面的结构设计，包括以下步骤：

步骤1：设计出具有反射型极化转换特性的基本单元结构，使其能够实现高效的极化转换效率，从下至上依次包括底部金属层、中间介质层和顶部金属图案层；

首先根据产生轨道角动量对基本单元结构的幅值和相位的要求，外环的长度和开口的宽度为优化的变量优化结构的尺寸参数，选择n/2个基本单元结构，n为偶数，使其极化转换的平均幅值至少大于70%且能够实现180°的相差；

所述基本单元结构的底部金属层和中间介质层具有相同的周期尺寸，顶部金属图案层为轴对称的环形结构，以环形结构的对称轴与入射电场的极化方向轴之间的夹角为45°或135°设置，并对环形结构开口并使得开口后的环形结构依然关于该对称轴对称，结构中的尺寸参数均处于亚波长范围；

所述底部金属层和顶部金属图案层的金属由反射率≥90%的金属材料构成，中间介质层由介电常数为2.2-2.65的低损耗材料构成；

步骤2：把步骤1设计的n/2个基本单元结构以入射电场的极化方向为对称轴镜像翻转，得到另外n/2个基本单元结构；

步骤3：根据步骤2得到的n个实现反射型极化转换特性的基本单元结构，使这n个基本单元能够实现360°的相差，且相邻单元间的相位梯度满足360°/n或-360°/n的关系；

根据自由空间的赫姆霍兹方程推导出沿电磁波传输方向传播的涡旋波的电场表达式，其中涡旋波束相位作为超表面的输出相位，得到输出相位公式；

然后根据入射场源得到超表面的输入相位，进而得到每个基本单元结构需要提供的补偿相位；

步骤4：根据补偿相位公式利用MATLAB程序设计，建立基本单元结构相位和补偿相位之间的关联，得到输出相位、输入相位和整个超表面需要提供的补偿相位形式，进而得到产生OAM的超表面所有基本结构单元的排列规则，从而对所有基本结构单元进行排布得到反射型极化转换轨道角动量产生超表面。

2.如权利要求1所述反射型极化转换轨道角动量产生超表面的结构设计，其特征在于：所述n=8，底部金属层和介质层的长宽均为10mm，介质层的厚度为3mm；底部金属层和顶部金属图案层均由电导率为5.8×10⁷ S/m的金属铜构成，介质层由介电常数2.65、损耗0.0002的Teflon构成。

3.如权利要求1所述反射型极化转换轨道角动量产生超表面的结构设计，其特征在于：所述反射型极化转换轨道角动量产生超表面的整体尺寸大于10倍的工作波长，且球面波源与超表面之间的距离大于等于10倍的工作波长。