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摘要：本发明属于电磁超表面技术领域，具体为一种基于几何相位超表面的近场表面波远场复杂波前耦合器，由几何相位超表面和表面波本征区域拼接组成。超表面区域由具有二重旋转对称人工超构单元组成，通过设计其几何尺寸和旋转其方位角度，实现理论设计的辐射振幅和辐射相位分布；所述本征区域是由介质薄膜和金属薄膜组成的双层结构；该耦合器中心工作频率为12GHz,具有宽频特性，并且可以推广到其他频段。当表面波从本征区域传输至超表面区域时，不同位置处的人工微结构作为次波源可以在远场辐射出具有任意复杂波前分布的圆偏振电磁波，解决了传统耦合器在远场辐射调控中存在的非亚波长调控、多模式、效率低等难题。

主权项：1.一种基于超表面的近场表面波SW到复杂波前的远场传输波PW耦合器，简称SW-PW复杂波前耦合器，其特征在于，由电磁几何相位超表面和支持表面波的本征区域拼接组成；所述超表面由一系列超表面原胞也称人工超构单元按照计算所需要的相位分布φx,y旋转排列而成；其中，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；本征原胞为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,所述超表面原胞相位分布φx,y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；所述近场表面波包括：表面等离激元，人工表面等离激元，波导表面波；在表面波-传输波体系下实现波前调控，满足：ΦMS＝-ΦSW+ΦWF，1其中，ΦSW＝kSWx，表示表面波传输相位，ΦWF表示复杂波前相位分布；为了在远场实现：1聚焦波前、2全息波前、3涡旋波前，远场目标相位分别设计成为： ΦWFx,y＝ΦCGH，3ΦWFx,y＝larctan[yx-L2]，4其中：公式2为表面聚焦波前相位分布，F表示焦距，L表示超表面在x方向的长度；公式3为全息波前相位分布，基于Gerchberg–Saxton算法获得全息相位分布，全息图案为英文大写字母“F”；公式4为表面涡旋波前相位分布，其中l表示涡旋阶数，L表示超表面在x方向的长度；几何相位的具体计算：考虑在全反体系里单元的旋转对圆偏入射光的相位调控，设单元结构周期拓展所组成的平面为xoy平面，与该平面垂直的方向为z轴，单元主轴分别是和假设入射的是左旋圆偏LCP模式： 镜像对称体系下有反射波： 把组成阵列的人工超构单元进行集体旋转θ，得到新的单元主轴和此时原入射波在坐标系下表示为： 反射波在坐标系下为： 化简得：再把反射波转换到坐标系，得： 将此式子化简得： 其中，Ei为入射电场，Er为反射电场，k0为真空中电磁波传播波矢，分别是与方向相位延迟，分别是和方向的相位延迟；LCP入射到人工超构单元旋转后的电磁阵列，反射波既有LCP，称之为正常模式；也有右旋偏振模式RCP，称之为反常模式，其带有一个与几何旋转角度θ相关的附加相位：2θ，这个相位就是几何相位；假如入射的是RCP，则反常模式为LCP，φ＝-2θ。

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