CN116032414B - 空间电磁波纵向偏振调制的调制器件及其构造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及偏振调制技术领域，尤其涉及空间电磁波纵向偏振调制的调制器件及其构造方法，调制器件包括器件本体，器件本体内设置有多个亚波长尺度的人工微结构单元；方法包括设计复合元胞、设计相位分布以及重复上述，直至完成构造，本公开的调制器件将入射线偏振电磁波首先进行偏振分解，然后在传播轴上进行偏振再构，再构波仍是线偏振波，不同在于，新的线偏振波将随着传播距离增大而不断旋转，这将便于执行用户自定义的偏振调制；同时本公开提供了高度集成的小体积调制器件，优化了现有技术的体积庞大的空间调制器。
Description
技术领域
本发明涉及偏振调制技术领域，尤其涉及空间电磁波纵向偏振调制的调制器件，同时也涉及一种构造方法。
背景技术
本部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息并且不构成现有技术。
电磁平面波的偏振态位于垂直于电磁波传播方向的x-y平面内，可以用一个包含x和y两个分量的二阶琼斯矩阵描述。传统的偏振调制仅限于在x-y二维平面内的横向操作，在沿着传播方向上的每一个x-y平面上，输出电磁波的偏振状态不变，即描述偏振态的琼斯矩阵中的元素不变，仅仅是总体相延变化。纵向偏振调制被定义为沿着传播方向调制空间电磁波的偏振状态，其特点是每一个x-y平面上输出电磁波的偏振状态不同。这种偏振状态随距离的可变特性在电磁通信、电磁测距和可变电介质极化等领域具有潜在应用。
但是，沿着传播路径修改每一个输出x-y平面上的二维琼斯矩阵的元素值以获得纵向偏振调制的技术仍然处于探索阶段，现有技术是借助于体积庞大的空间调制器，并且现有技术主要针对波长低于红外的光学波段。
基于此，本领域技术人员亟需提供一种可以实现在波长高于远红外的电磁波段获得纵向偏振调制的空间调制器。
发明内容
发明人通过研究发现：纵向偏振调制特点是每一个x-y平面上输出电磁波的偏振状态不同，在电磁通信领域，若信号传输路径上每一点的偏振态不同，则可增强被拦截信息的破译难度，更有利于信息保密；在电磁测距领域，若向被测目标发射一束纵向偏振可变的电磁波，目标的任何运动都会引起反射电磁波的距离变化，进一步引起偏振态变化则可演算出目标的位移，但是实现上述目标均需要利用体积庞大的空间调制器且限定在波长低于红外的光学波段内。
本公开的目的在于提供空间电磁波纵向偏振调制的调制器件及其构造方法，来解决现有技术无法提供一种可以实现在波长高于远红外的电磁波段获得纵向偏振调制的空间调制器的技术问题；同时也解决了现有技术的空间调制器体积庞大的问题。
据本公开的一个方面，空间电磁波纵向偏振调制的调制器件，调制器件将输入线偏振电磁波进行偏振分解后在输出端进行偏振再构，包括器件本体，所述器件本体内设置有多个亚波长尺度的人工微结构单元。
据本公开的另一个方面，提供调制器件的构造方法，包括如下步骤：
步骤1.设计复合元胞，复合元胞由4个两两相同的子单元构成，两对子单元分别将入射线偏振电磁波分解成一束左旋圆偏振波和一束右旋圆偏振波，并分别施加不同的相位延迟，上述复合元胞的转移琼斯矩阵T为：
式中C是常数且i是虚数单位，TL(Z)和TR(Z)分别表示左旋圆偏振和右旋圆偏振分量随着传播距离Z的转移琼斯矩阵，/>和/>分别为左旋圆偏振和右旋圆偏振分量的相位延迟，且/>
步骤2.设计相位分布，采用不同的相位分布来控制LCP分量和RCP分量,其中控制左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的相位分布分别为：
式中φLCP和φRCP分别表示左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的相位分布，λ为工作波长，是超表面上的一点到超表面中心的距离，θL为设计的左旋圆偏振分量传输路径与Z轴的夹角，θR为设计的右旋圆偏振分量传输路径与Z轴的夹角，且θL≠θR；
步骤3.重复上述步骤1-步骤2，直至完成构造。
本公开的一些实施例中，所述步骤1具体包括：控制左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的基本子单元均有六种，所述六种基本子单元相对相延覆盖范围为：0-2π。
本公开的一些实施例中，所述相延公差为
本公开的一些实施例中，所述步骤2还包括左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量在传播轴上再结合形成多个新线偏振波。
本公开的一些实施例中，多个所述新线偏振波随着传播距离Z的增大呈现旋转变化。
本公开的一些实施例中，所述转转变化的角度为：
式中A＝1/cosθL-1/cosθR。
本公开与目前公开的技术相比，具有如下的优点和有益效果：本公开的调制器件将入射线偏振电磁波首先进行偏振分解，然后在传播轴上进行偏振再构，再构波仍是线偏振波，不同在于，新的线偏振波将随着传播距离增大而不断旋转，这将便于执行用户自定义的偏振调制；同时本公开提供了高度集成的小体积调制器件，优化了现有技术的体积庞大的空间调制器。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用或者涉及到的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的器件子单元示意图；
图2是本发明的复合元胞示意图；
图3是本发明的构成器件所需的左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量相位分布图及器件示意图；
图4是本发明的对应的样品扫描电镜图展示示意图；
图5是本发明的器件功能示意图；
图6是本发明的透射光斑电场强度明暗分布示意图；
图7是本发明的在不同传播距离处检测的输出电磁波偏振态示意图。
具体实施方式
请一并参考说明附图1-附图7，本实施例提供了空间电磁波纵向偏振调制的调制器件及其构造方法，该空间电磁波纵向偏振调制的调制器件及其构造方法均已经处于测试使用阶段。
之后参考附图来更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的说明性实施例。但是，本发明还以许多不同的形式体现并且不应当理解为限制于这里叙述的实施例。相反，这些实施例被提供以便本公开充分和完整，并且将本发明的范围完全传递给本领域技术人员。
这里所使用的术语只用于描述特定实施例的目的而不试图限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括多数形式，除非上下文清楚指明不是这样。将进一步理解，术语“包括”和“包含”当在这里使用时规定了所阐明特征、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元素、部件和/或其组合的存在或添加。
除非相反定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解，诸如在常用词典里所定义的术语应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的意思相一致的意思，并且将不按照理想化的或非常正式意思来解释，除非特意在这里这样定义。
为了更好理解本公开，现将本公开中的部分术语进行集中解释：
RCP：右旋圆偏振分量；
LCP：左旋圆偏振分量。
结构实施例
本实施例至少包括如下内容：提供空间电磁波纵向偏振调制的调制器件，调制器件将输入线偏振电磁波进行偏振分解后在输出端进行偏振再构，包括器件本体，所述器件本体内设置有多个亚波长尺度的人工微结构单元。
为了更好理解本公开的调制器件，还提供了基于同一构思下的构造方法，具体为如下：
方法实施例
本实施例至少包括如下内容：提供调制器件的构造方法，具体包括如下步骤：使用高阻硅材料，设计工作频点为1.05THz的执行线-圆偏振转换的子单元；如说明附图1所示，该子单元为倾斜45°的矩形条，结构高度为h1＝200μm，衬底厚度为h2＝300μm，周期常数为P＝150μm，一共设计六种子单元，长宽结构参数如下表1所示，六种子单元均执行线-圆偏振转换，六种子单元的相对相延覆盖0-2π，相延公差为进而将六种子单元旋转90o即可使得圆偏振的螺旋状态相反，例如从RCP变成LCP；然后将控制相反圆偏振的子单元以两两相同的交叉排列形式组合成一个周期尺寸为2P＝300μm的复合元胞，参考说明附图2；
表1结构参数
| 子单元序号 | 1st | 2nd | 3rd | 4th | 5th | 6th |
| 宽(μm) | 36 | 48 | 52 | 54 | 56 | 60 |
| 长(μm) | 62 | 62 | 64 | 72 | 92 | 114 |
其中复合元胞的转移琼斯矩阵T被描述为：
式中，C是常数且i是虚数单位，TL(Z)和TR(Z)分别表示左旋圆偏振和右旋圆偏振分量随着传播距离Z的转移琼斯矩阵，/>和/>分别为左旋圆偏振和右旋圆偏振分量的相位延迟，且/>
进一步的，将复合元胞按照如下相位分布排列成完整器件：
式中φLCP和φRCP分别表示左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的相位分布，λ为工作波长，是超表面上的一点到超表面中心的距离，θL为设计的左旋圆偏振分量传输路径与Z轴的夹角，θR为设计的右旋圆偏振分量传输路径与Z轴的夹角，且θL≠θR，在本实施中优选的是：sinθL＝0.38和sinθR＝0.27，器件直径为1.5cm，如图3和如4所示。
再进一步的，经前述步骤设计的调制器件将入射线偏振电磁波的LCP分量和RCP分量在Z轴传播路径上再结合形成新的线偏振波，这些新的线偏振波随着传播距离Z增大而不断旋转，相对于原始输入线偏振波的旋转角度为：
式中A＝1/cosθL-1/cosθR。
其中器件功能示意如图5所示。
进一步参考如图6所示，输出波是一个贝塞尔光束，光斑直径约为300μm，这接近器件中心一个完整复合元胞的尺寸，在不同的传播距离上的偏振检测试结果如图7所示，可以看到随着传播距离从Z＝8mm到Z＝19mm，输出电磁波的偏振态不断旋转，恰好覆盖180°。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种空间电磁波纵向偏振调制的调制器件，调制器件将输入线偏振电磁波进行偏振分解后在输出端进行偏振再构，其特征在于，包括器件本体，所述器件本体内设置有多个亚波长尺度的人工微结构单元，包括：
复合元胞，由4个两两相同的子单元构成，两对子单元分别将入射线偏振电磁波分解成一束左旋圆偏振波和一束右旋圆偏振波，并分别施加不同的相位延迟，上述复合元胞的转移琼斯矩阵T为：
式中C是常数且i是虚数单位，TL(Z)和TR(Z)分别表示左旋圆偏振和右旋圆偏振分量随着传播距离Z的转移琼斯矩阵，/>和/>分别为左旋圆偏振和右旋圆偏振分量的相位延迟，且/>
采用不同的相位分布来控制LCP分量和RCP分量,其中控制左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的相位分布分别为：
式中φLCP和φRCP分别表示左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的相位分布，λ为工作波长，是超表面上的一点到超表面中心的距离，θL为设计的左旋圆偏振分量传输路径与Z轴的夹角，θR为设计的右旋圆偏振分量传输路径与Z轴的夹角，且θL≠θR。
2.一种调制器件的构造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.设计复合元胞，复合元胞由4个两两相同的子单元构成，两对子单元分别将入射线偏振电磁波分解成一束左旋圆偏振波和一束右旋圆偏振波，并分别施加不同的相位延迟，上述复合元胞的转移琼斯矩阵T为：
式中C是常数且i是虚数单位，TL(Z)和TR(Z)分别表示左旋圆偏振和右旋圆偏振分量随着传播距离Z的转移琼斯矩阵，/>和/>分别为左旋圆偏振和右旋圆偏振分量的相位延迟，且/>
步骤2.设计相位分布，采用不同的相位分布来控制LCP分量和RCP分量,其中控制左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的相位分布分别为：
式中φLCP和φRCP分别表示左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的相位分布，λ为工作波长，是超表面上的一点到超表面中心的距离，θL为设计的左旋圆偏振分量传输路径与Z轴的夹角，θR为设计的右旋圆偏振分量传输路径与Z轴的夹角，且θL≠θR；
步骤3.重复上述步骤1-步骤2，直至完成构造。
3.根据权利要求2所述的构造方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：控制左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的基本子单元均有六种，所述六种基本子单元相对相延覆盖范围为：0-2π。
4.根据权利要求3所述的构造方法，其特征在于，所述相延公差为
5.根据权利要求2所述的构造方法，其特征在于，所述步骤2还包括左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量在传播轴上再结合形成多个新线偏振波。
6.根据权利要求5所述的构造方法，其特征在于，多个所述新线偏振波随着传播距离Z的增大呈现旋转变化。
7.根据权利要求6所述的构造方法，其特征在于，所述旋转变化的角度为：
式中A＝1/cosθL-1/cosθR。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105785601A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-07-20 | 复旦大学 | 基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置 |
| CN107340559A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-11-10 | 北京理工大学 | 基于超颖表面的高效宽带圆偏振转换器件及方法 |
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| WO2021196078A1 (zh) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 深圳大学 | 光束偏振态的调控装置和方法 |
| CN115437057A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-12-06 | 哈尔滨理工大学 | 几何相位元件及光场空间模式π/2变换装置 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105785601A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-07-20 | 复旦大学 | 基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置 |
| CN107340559A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-11-10 | 北京理工大学 | 基于超颖表面的高效宽带圆偏振转换器件及方法 |
| CN109863433A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-06-07 | 东莞理工学院 | 基于介质超表面的偏振发生器及其设计方法 |
| WO2021196078A1 (zh) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 深圳大学 | 光束偏振态的调控装置和方法 |
| CN115437057A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-12-06 | 哈尔滨理工大学 | 几何相位元件及光场空间模式π/2变换装置 |
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