【摘 要】
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超表面是二维的亚波长单元阵列,可用于调控电磁波的波前分布、功率强度、偏振分布等。早期的超表面主要由相同结构的单元周期性排布而成,随着超表面研究的发展,可以对超表面单元的结构参数进行调制。合理设计阵列单元的振幅和相位响应分布可以使超表面具有包括反射、折射、聚焦、波束转向和轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）生成等多种电磁波前分布调控功能。在具备复用功能的超表面器件方
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超表面是二维的亚波长单元阵列,可用于调控电磁波的波前分布、功率强度、偏振分布等。早期的超表面主要由相同结构的单元周期性排布而成,随着超表面研究的发展,可以对超表面单元的结构参数进行调制。合理设计阵列单元的振幅和相位响应分布可以使超表面具有包括反射、折射、聚焦、波束转向和轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）生成等多种电磁波前分布调控功能。在具备复用功能的超表面器件方面,频率复用和极化复用的超表面器件已被广泛研究和应用,而目前已实现的角度复用功能超表面都只能对若干离散角度入射电磁波的进行调控。本文设计了在连续入射角域内具有所需角域色散相位响应的单元结构,并以此分别设计了具有波束指向扩展和生成轨道角动量波束功能的超表面,实现了超表面在电磁波入射角域上的功能复用。本文设计的两款超表面如下:（1）设计了一款对透射TM波实现轴对称波束指向扩展功能的角度复用超表面。构成该超表面的单元由非对称结构构成,可以同时引入反对称的角域色散相位响应和梯度,且具有较小的插入损耗。基于上述单元设计了可将-53°≤θf)≤53°范围内入射的TM波扩展至几乎-90°≤θt≤90°出射的角度复用超表面。并对其进行了仿真和实验验证。（2）设计了在对称入射角度下实现相反模数OAM波束复用的超表面。首先设计了可将沿+45°和-45°入射的TM波分别实现-1和+1的OAM模式并沿入射方向出射的OAM波束复用超表面。在此基础上,通过设计额外的相位梯度来控制OAM波束的传播方向,实现了-1和+1模式垂直出射的OAM波束复用超表面,并对两种OAM波束复用超表面进行了仿真验证。
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