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申请/专利权人：复旦大学

摘要：本发明属于电磁超表面技术领域，具体为一种基于超表面的近场表面波远场辐射空间矢量演化光束耦合器。该耦合器由电磁几何相位超表面和表面波本征区域拼接组成；超表面区域是由I字型金属微结构‑介质薄膜‑金属薄膜的三明治结构单元二维延拓构成的阵列，其中奇数行设计为产生左旋圆偏振态的贝塞尔光束，偶数行设计为产生右旋圆偏振态的贝塞尔光束，且在径向方向上两者的相位分布满足梯度相位差变化。本征结构为介质薄膜‑金属薄膜的双层结构。本发明利用几何相位实现对横磁表面波至圆偏振电磁波辐射的波前及偏振态的灵活调控。与传统耦合器相比，本发明耦合器解决了多模式、低效率和单一偏振态光场分布等问题，可显著提升系统性能。

主权项：1.一种基于超表面的近场表面波远场辐射空间矢量演化光束耦合器，其特征在于，通过设计电磁超表面相位分布，实现近场-远场辐射调控，包括对辐射波前调控以及辐射偏振态调控，进而构造出具有特殊矢量演化功能光场分布；通过人工超构单元的几何设计，构造出具有波前及偏振态同时调控的P-B相位梯度超表面，这种超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、波导表面波以任意波前及任意线偏振模式辐射到空间任意方向及位置；基于复合式的超构表面设计，将两排独立的超构原子作为一个周期，使其能单独的辐射出左旋圆偏振光LCP和右旋圆偏振光RCP，再通过独立调控二者之间的相位差实现任意线偏振态的合成；此外，为了实现SW-PW空间矢量演化光束耦合器，还分别对LCP与RCP的相位分布进行独立设计，具体选择径向方向相位对称的无衍射贝塞尔光束；通过调整LCP与RCP沿着径向方向的相位差，实现合成光场沿着纵向方向偏振态逐渐演化的特性；具体地，所述耦合器由电磁几何相位超表面区域和表面波本征区域拼接组成；其中，所述超表面区域是由超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表面原胞按照计算所需要的相位分布旋转排列；其中奇数行产生左旋圆偏振态的贝塞尔光束，偶数行产生右旋圆偏振态的贝塞尔光束，且在径向方向上两者的相位分布满足梯度相位差变化；所述超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一系列本征原胞排列而成，所述本征原胞为所述超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无损耗传输；超表面原胞与本征原胞的尺寸相同，均为正方形；所述超表面原胞具有二重旋转对称几何形状，即旋转180度后与原来形状重合，所述超表面原胞按相位分布旋转排列，其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；表面波沿着x轴传播，从表面波本征区域入射到电磁几何相位超表面区域；超表面区域的大小为N×N，N为超表面原胞数。

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