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申请/专利权人：复旦大学

摘要：本发明属于太赫兹超构表面技术领域，具体为基于太赫兹超构表面实现表面波辐射的高阶矢量涡旋光系统。本发明的高阶矢量涡旋光系统由电磁几何相位超构表面区域和表面波本征区域拼接组成；超构表面区域由三明治构型长方形金属微结构‑介质薄膜‑金属薄膜的原胞旋转排列组成；按照2╳2的复式原胞对超构表面进行划分，棋盘格主对角线上的原胞产生左旋圆偏振态的+1阶贝塞尔光束，棋盘格副对角线上的原胞产生右旋圆偏振态的‑1阶贝塞尔光束，且两者相位差为180度。本征区域由石英和金属薄膜组成。与传统耦合系统相比，本发明解决了多模式、低效率和光场偏振态单一等问题，利用耦合系统的多自由度弥补了太赫兹领域调控电磁波能力的不足。

主权项：1.一种基于太赫兹超构表面实现表面波辐射的高阶矢量涡旋光系统，其特征在于，通过设计超构表面相位分布，实现近场表面波到远场辐射调控，包括对辐射波前调控以及辐射偏振态调控，构造出具有特殊矢量光场分布效果；通过人工超构单元的的几何设计，构造出具有波前及偏振态同时调控的PB相位梯度超构表面，这种超构表面能实现近场表面波包括表面等离激元、人工表面等离激元、波导表面波远场辐射的多自由度操控；采用基于复合棋盘格式的超构表面设计，即将超构表面按照2×2的复式原胞对超构表面进行划分，其中棋盘格主对角线上的原胞设计为产生左旋圆偏振态的+1阶涡旋贝塞尔光束，棋盘格副对角线上的元胞设计为产生右旋圆偏振态的-1阶涡旋贝塞尔光束，且两者满足180度的相位差；再通过独立调控二者之间的相位差实现任意矢量偏振态的光场分布；并选择径向方向相位对称的无衍射贝塞尔光束作为光束传播轨迹；通过调整LCP与RCP的相位差实现合成光场在同一平面内偏振态逐渐演化特性；将其按照2×2的复式元胞对超构表面进行划分，其中棋盘格主对角线上的元胞设计为产生左旋圆偏振态的+1阶贝塞尔光束，棋盘格副对角线上的元胞设计为产生右旋圆偏振态的-1阶贝塞尔光束，且两者满足180度的相位差；具体地，所述高阶矢量涡旋光系统，由电磁几何相位超构表面区域和表面波本征区域拼接组成；其中，所述超构表面区域是由超构表面原胞也称人工超构单元进行二维延拓而成的阵列，阵列中每行或每列的超构表面原胞按照计算所需要的相位分布旋转排列；超构表面原胞为金属微结构-介质薄膜-金属薄层的三层结构；所述表面波本征区域由本征原胞二维延拓排列而成，所述本征原胞为超构表面原胞中去掉上层的金属微结构后的结构，即为由介质薄膜、金属薄膜组成的双层结构；本征区域用于支持表面波传输，超构表面原胞与本征原胞的尺寸相同，均为正方形；所述超构表面单元具有二重旋转对称几何形状，其相位分布按照旋转排列；旋转角度是指具有二重旋转对称几何形状的金属微结构的左右对称轴与Y方向的夹角；表面波沿x轴传播，从表面波本征区域入射到电磁几何相位超构表面区域；超构表面区域的大小为N×N，其中N为超构表面单元的数量。

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