撰稿|由课题组供稿
近日，空军工程大学人工结构功能材料与器件陕西省重点实验室研究团队基于幅相同调超表面构建了一款多通道艾里波束产生器，其不仅能够在线极化波和圆极化波入射下于多个频段内独立生成高质量的艾里波束，而且通过拼接两个相同的艾里波束产生器还可在多通道内实现能规避障碍物的波束聚焦效果。相关工作以“Multichannel Airy Beam Generator Simultaneously for Linear and Circular Polarized Waves”为题发表于学术期刊Materials & Design。空军工程大学博士生刘同豪为该论文第一作者，孟跃宇讲师、王甲富教授和马华教授为该论文通讯作者。该研究工作获得了国家自然科学基金和空军工程大学优秀博士学位论文扶持基金等项目支持。
关键词：艾里波束产生器，幅相同调超表面，波束聚焦，线极化波，圆极化波
由于具备无衍射、自弯曲和自愈合等特性，艾里波束在光学微操控和光学显微成像等领域具有极高的应用价值。然而，基于傅里叶变换透镜或空间光调制器所构造的传统艾里波束产生器往往存在体积大、精度低和设计复杂等缺陷，难以实现广泛应用。而由亚波长单元结构周期或非周期阵列组成的超表面，不仅能够灵活调控电磁波的幅值和相位等信息，而且兼具体积小、易加工和设计自由度高等优势，在构造艾里波束产生器方面具有很大的潜力。此外，目前所报道的艾里波束产生器大多只能工作在单一的极化通道，适用性和集成性较低，严重限制了其应用范围。因此，迫切需要构建出可适用于多种极化的多通道艾里波束产生器来满足现代电磁器件高集成度的要求。
为了构造可工作在多种极化模式下的艾里波束产生器，研究团队优化设计出如图1所示的多层单元。通过旋转单元中的两个金属环可分别在13GHz频率附近和16GHz频率附近实现对正交圆极化反射波的几何相位调制，而调节金属环中电阻膜的占比则可在两个频率附近对正交圆极化反射波的幅值进行任意调控。此外，通过旋转顶层金属线和底层金属线还可在22GHz频率附近分别调制线极化透射波的幅值和相位。因此，所设计的单元能够同时对线极化波和正交圆极化波的幅值和相位进行调制，并且仿真结果表明三个极化通道间具有较低的相互串扰。
该研究工作基于幅相同调超表面构建了一款多通道艾里波束产生器，其在线极化波和正交圆极化波入射下均可生成高质量的艾里波束，而利用艾里波束的自弯曲和自愈合特性，将两个多通道艾里波束产生器拼接后则可在上述三个极化通道内实现能够规避障碍物的波束聚焦效果。所提出的设计方案有效地提升了艾里波束产生器的适用性和集成性，在能量传输、传感探测和信息通信等领域具有广阔的应用前景。
论文信息：
Multichannel Airy Beam Generator Simultaneously for Linear and Circular Polarized WavesTonghao Liu, Yueyu Meng*, Jiafu Wang*, Hua Ma*, Weihan Li, Chao Liu, Ruichao Zhu, Lin Zheng, Wenxuan Tang, Shaobo QuMaterials & Design
DOI: 10.1016/j.matdes.2023.111738
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111738
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