CN105785601B - 基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁调控技术领域，具体为一种基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置。本发明包括入射模块、转换模块和接收模块；其中：入射模块使用时域门技术，由圆极化喇叭以脉冲形式将右旋（左旋）圆偏振平面光垂直入射到超表面；转换模块为具有完美透射频率窗口的“旋转结构”电磁特异介质超表面，通过“旋转结构”的几何贝尔相位，实现透射模值和透射相位解锁，在保持高效透射模值的情况下，对透射相位进行纯调控，设计超表面的几何贝尔相位宏观序为螺旋梯度，并嵌入到透射光中，从而产生高效涡旋光。本发明相比传统的涡旋光激发装置具有透射效率更高、厚度更薄的优点，适用于未来的集成光学领域。

Description

基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置

技术领域

本发明属于电磁调控技术领域，具体涉及一种微波涡旋光激发装置。

背景技术

电磁波的传输行为由背景媒质的介电常数和磁导率决定，然而自然材料的光学参数所覆盖范围有限，因此限制了人们对电磁波的调控能力。电磁特异介质的思想就是精心设计某种具有结构共振的“人工的分子和原子”（简称“单元结构”），并以某种宏观序的形式排列成二维、三维阵列，从而实现超越自然材料的“表面”结构（简称“超表面”）、“晶体”结构（简称“超晶体”）。电磁特异介质大大扩展人们调控电磁波的自由度，具有广泛的应用前景。

在电磁调控装置中，纯相位调节器件在应用领域充当着一个不可或缺的角色，譬如：聚焦、全息、光栅、涡旋光激发等都是通过纯相位调节器件实现。然而，传统电磁调控装置中，电磁波的散射模值和相位不能解锁的问题一直困扰着这个领域（即：当调整相位时，不可避免地会改变模值），这导致纯相位调节器件的设计变得异常繁琐，甚至困难。其困难程度会随着体系通道数增多而提高，因为没有一个合适的机制去压制或者去控制其他通道分出去能量，去锁定模值。另外，传统相位调节器件的厚度通常在波长量级以上，这在应用上带来了诸多不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现透射率的模值和相位解锁的微波涡旋光激发装置，相比传统的涡旋光激发方法，具有高效、单模、亚波长厚度节省物理空间的优点，为未来的集成光学发展，提供必不可少的光学集成器件。

本发明提出的微波涡旋光激发装置，包括“三个模块”，分别是入射模块、转换模块和接收模块；其中：

所述入射模块：使用时域门技术，由圆极化喇叭以脉冲形式将右旋（左旋）圆偏振平面光垂直入射到超表面，其中，使用时域门技术，将入射电磁波以波包形式入射，避免涡旋光激发装置内部形成驻波而影响测量结果的精度。待检测入射电磁波采用近似平面光形式入射，使入射平面光的等相面（束腰位置）与“旋转结构”电磁特异介质超表面重合，使其充分感受到超表面的局域几何贝尔相位的调制。

所述转换模块（涡旋光激发装置）：通过具有完美透射频率窗口的“旋转结构”电磁特异介质超表面，使得入射的左旋（右旋）圆偏振平面光几乎不改变振幅、完美地透过超表面同时，嵌入任意阶螺旋相位宏观序，变成右旋（左旋）圆偏振涡旋光出射。

所述“旋转结构”电磁特异介质超表面：是由全同的电磁特异介质单元结构周期性地排列的二维阵列，“旋转结构”电磁特异介质超表面每一个局域的附加的透射相位（在学术上称为几何贝尔相位）由局域的特异介质单元结构的主轴几何转动角度决定，并且，每一个局域的透射幅度与电磁特异介质单元结构的主轴几何转动角度无关，从而实现纯相位调节。几何贝尔相位的应用使得透射率模值和相位解锁。“旋转结构”电磁特异介质超表面在工作频段处（工作频率为10.5GHz）实现异常透射模式的绝对效率近似100%。

“旋转结构”电磁特异介质超表面局域电磁响应设计：全同的电磁特异介质单元结构均设计为沿两个主轴方向完美透射（工作频率为10.5GHz），因为单元结构的几何参数全同，所以每一个局域的透射率模值得以保持。每一个单元结构均设计为以各自的中心为原点沿局域的轴方向转动一定角度，这样每一个单元结构都能产生不同的局域几何贝尔相位，从对每一个局域的相位进行独立调控，由几何贝尔相位的替代透射率相位的调节，但是嵌入的几何贝尔相位不是嵌入到线极化基矢上，而是圆极化基矢上。

优选的电磁特异介质单元结构由ABA三层层叠而成：通过琼斯矩阵理论和对称性分析，要求单元结构具有镜面对称性的，在工作频率处满足条件：、，和为沿着两个晶轴方向的透射系数。通过等效媒介理论分析，对A层和B层的相对介电常数进行遍历法寻找合适解，发现等于的组合（即，对于A层：在两个偏振方向，相对介电常数均为正数；对于B层：在一个偏振方向，相对介电常数为正数，在另一个偏振方向，相对介电常数为负数），在设计和实验上比较容易满足条件、。

具体地，A层结构可为金属条结构（即把覆铜板均匀介质层上的铜箔刻成长方形的条状结构），B层结构可为金属条结构和金属圈结构的组合（即把覆铜板均匀介质层上的铜箔刻成镂空的圆圈状结构，圆圈中间为长方形的条状结构），可以满足条件、。

“旋转结构”电磁特异介质超表面宏观序设计：几何贝尔相位宏观序被设计为阶螺旋相位梯度，即电磁特异介质单元结构的主轴方向绕局域z轴转动一定角度，其中，为任意整数，为全局坐标，该角度沿着角向线性增大。

在更加广阔的应用场景中，可以不限定，根据实际需要设计不同的几何贝尔相位宏观序，譬如：可设计为抛物线相位宏观序，实现光聚焦；设计为全息相位宏观序，实现光全息成像；设计为复式相位宏观序，实现光多功能器件；等等。

所述接收模块：由电偶极子探针、金属支架和可编程的步进电机自组装而成的电场空间分布3维扫描测量仪，主要用于测量透过涡旋光激发装置而产生左旋（右旋）圆偏振涡旋光的电场空间分布。进一步还包括：

校准实验：不放入“旋转结构”电磁特异介质超表面（转换模块），而让入射电磁波无阻碍通过，电偶极子探针放在入射电磁波光路中间接收信号，校准左旋（右旋）圆极化喇叭。

检测实验：放入“旋转结构”电磁特异介质超表面（转换模块）。可编程步进电机带动电偶极子探针扫描涡旋光电场分布x分量（y分量）。

本发明突破了传统的电磁特异介质单元结构（Meta-atom）的电磁响应设计（Design/Fabrication）的透射率的模值和相位不能解锁的问题，应用几何贝尔相位（Geometrical Berry Phase），将透射率的模值和相位解锁。在保持高效模值不变的情况下，实现纯透射相位调节，并且，设计了几何贝尔相位宏观序为1阶、2阶和3阶螺旋梯度的超表面3块，将平面光高效地转换成具有±1阶、±2阶和±3阶螺旋相位结构的涡旋光。本发明所述的透射率的模值和相位解锁方案，继而涡旋光激发装置的功能实现，跟具体的电磁波工作频段无关，微波（Micro-Wave）乃至光波(Optics)均可实现，本发明可以在相关的科研(Science)和工程(Engineering)领域（譬如：集成光学、光学通讯和量子光学领域）将有巨大的应用前景，实现涡旋光的高效制备。

附图说明

图1.高效微波涡旋光激发装置的原理示意图。其中，（a）为“转换模块”将平面光转换成涡旋光的效果示意图。（b）为“入射模块”、“转换模块”、“接收模块”之间的连接关系。

图2.通过等效媒介理论，研究满足条件(和)的电磁特异介质单元结构的电磁响应参数。其中:（a）研究ABA等效媒介模型在不同的相对介电常数与透射模值之间的关系（相图）。白色曲线为透射模值等于1的等高线，红色曲线（圆形符号的曲线）和蓝色曲线（方形符号的曲线）为透射相位差等于的等高线。（b）研究ABA等效媒介模型在不同的相对介电常数与透射相位之间的关系（相图）。白色曲线为透射模值等于1的等高线，红色曲线（圆形符号的曲线）和蓝色曲线（方形符号的曲线）分别为透射相位等于和的等高线。（c）电场模值在ABA等效媒介模型（曲线）和真实结构（符号）中的传播演化趋势。（d）电场相位在ABA等效媒介模型（曲线）和真实结构（符号）中的传播演化趋势。A层厚度为、B层厚度为和工作频率为。

图3.电磁特异介质单元结构的透射琼斯矩阵和反射琼斯矩阵。其中，（a）为 A层和B层的实物样品图，（d）为电磁特异介质单元结构，由A层、B层和A层（共3层）层叠而成。（b,c,e,f) 透射率和反射率的模值和相位的微波实验结果（符号）和FDTD模拟结果（实线）。实验频率测量范围为。

图4.电磁特异介质单元结构的4支散射模式绝对效率。其中：

（a）为4支散射模式的示意图,分别为：

（1）异常透射模式（Transmission Anomalous Mode含有几何贝尔相位，其绝对效率为）；

（2）正常透射模式（Transmission Normal Mode不含几何贝尔相位，其绝对效率为）。同理，反射场也分为；

（3）异常反射模式（Reflection Anomalous Mode含有几何贝尔相位，其绝对效率为）。

（4）正常反射模式（Reflection Normal Mode不含几何贝尔相位，其绝对效率为）；

（b,c) 为4支散射模式绝对效率的微波实验结果（符号）和FDTD模拟结果（实线）。其中：在工作频率，异常透射模式绝对效率达到最大值：（微波实验结果）和（FDTD模拟结果）。在频率范围，4支散射模式的绝对效率近似相等。

图5.高效微波涡旋光激发装置所激发的±1阶、±2阶和±3阶涡旋光电场实部分布。

其中，（a,d,g) 几何贝尔相位宏观序为1阶、2阶和3阶螺旋梯度的高效微波涡旋光激发装置的实物样品图。(图中仅仅展示上A层的俯视图，另外，中间还含有B层和下A层，这两层的金属条几何参数和旋转角度均与上A层的一致)；（b,e,h) 左旋圆偏振平面光垂直照射3块涡旋光激发装置，透射光分别为-1阶、-2阶和-3阶的右旋圆偏振涡旋光，相图为涡旋光的电场x分量实部分布。（c,f,i) 右旋圆偏振平面光垂直照射3块涡旋光激发装置，透射光分别为+1阶、+2阶和+3阶的左旋圆偏振涡旋光，相图为涡旋光的电场x分量实部分布。其中，相图取值范围，工作频率为。

图6高效微波涡旋光激发装置所激发的±1阶、±2阶和±3阶涡旋光电场相位分布。其中：

A.工作频率为：

（a,e,i) 左旋圆偏振平面光垂直照射3块涡旋光激发装置，透射光分别为-1阶、-2阶和-3阶的右旋圆偏振涡旋光，相图为涡旋光的电场x分量相位分布。

（b,f,j) 右旋圆偏振平面光垂直照射3块涡旋光激发装置，透射光分别为+1阶、+2阶和+3阶的左旋圆偏振涡旋光，相图为涡旋光的电场x分量相位分布。

B.工作频率为：

（c,g,k) 左旋圆偏振平面光垂直照射3块涡旋光激发装置，透射光分别为-1阶、-2阶和-3阶的右旋圆偏振涡旋光，相图为涡旋光的电场x分量相位分布。

（d,h,l) 右旋圆偏振平面光垂直照射3块涡旋光激发装置，透射光分别为+1阶、+2阶和+3阶的左旋圆偏振涡旋光，相图为涡旋光的电场x分量相位分布。

上述相图取值范围。

图7.电磁特异介质单元结构的几何参数（顶视图）。其中，、、、。

图8.电磁特异介质单元结构的几何参数（侧视图）。其中，、。

图9.电磁特异介质单元结构的晶轴几何转动角度（3维视图）。其中，金属条的旋转角度可以根据局域几何贝尔相位的需要调整。

具体实施方式

本发明设计的关键是如何实现透射率的模值和相位解锁。在保持高效透射率模值的情况下，设计纯透射相位调节器件，在入射平面光的等相面上嵌入阶螺旋相位（如图1所示），产生带有阶螺旋相位结构的涡旋光。

本发明的设计过程包括理论分析、模拟和实验三大部分，具体如下：

1. 理论分析部分：

琼斯矩阵理论（设计高效透射模值、纯透射相位调节器件的一般解）：

按照琼斯矩阵理论，透射波和反射波与入射波之间的关系，可以通过单元结构的透射琼斯矩阵和反射琼斯矩阵联系起来。

当入射电磁波为右旋（左旋）圆偏振平面光时，

透射波：

，

反射波：

。

注释：

（a）和分别为单元结构局域坐标系下的透射率和反射率，由单元结构的几何参数决定。其中，为附加的几何贝尔相位，由单元结构的局域几何转动角度决定。

（b）前面两项均不含有几何贝尔相位，并且，圆极化偏振与入射波的一致，分别称为正常透射模式（Transmission Normal Mode）和正常反射模式（Reflection NormalMode）,定义绝对效率分别为和。

（c）后面两项均含有几何贝尔相位，并且，圆极化偏振与入射波的相反，分别称为异常透射模式（Transmission Anomalous Mode）和异常反射模式（ReflectionAnomalous Mode），定义绝对效率分别为和。

（d）这2支异常散射模式是模值和相位解锁的关键，模值部分仅仅由单元结构的几何参数决定，而相位部分为则与单元结构的几何参数无关，仅仅由单元结构的主轴几何转动角度决定，通过改变几何转动角度，即可实现纯透射相位和反射相位调节，几何贝尔相位将嵌入到圆极化基矢上。

（e）超表面的局域几何贝尔相位可以设计为各种各样的宏观序，以实现各种各样的电磁波调制功能。

（f）反射光与入射光在光路上存在矛盾问题会影响功能的实现，透射光与入射光在光路上不存在矛盾问题，透射光能更加完美地实现所需要的功能。高效透射模值、纯透射相位调节器件的实现条件是，。

单元结构的对称性分析（设计高效透射模值、纯透射相位调节器件的简化解）：

单元结构的镜面对称性会限制单元结构的主轴方向，并且，使得两个主轴方面之间不存在信息交流，透射琼斯矩阵和反射琼斯矩阵在主轴坐标系中为对角化矩阵，非对角元素为零：。具有镜面对称性的单元结构可以把具有8个复变量的问题简化为4个复变量的问题。

高效透射模值、纯透射相位调节器件的实现条件，，简化为：，。

等效媒介理论（设计高效透射模值、纯透射相位调节器件的具体解）：

在设计真实单元结构之前，先用等效媒介模型去寻找最简单的可行模型。可行模型要满足两个条件：

(a)层数尽可能少（在实验中，单元结构的层数越多，吸收越大，模拟和实验之间误差越大）。

(b)相对介电常数在合理范围内取值（便于找到合适的真实结构去实现）。

最终，我们找到了ABA三层层叠模型（简称ABA模型，A层的厚度为，B层的厚度为，工作频率为，A层和B层的相对介电常数通过遍历法找到合适解）。

ABA模型的等效媒介模型结果如图2所示：

(a)图2.a的相图为透射率的模值，白色曲线为完美透射率模值等高线，红色曲线（圆形符号的曲线）和蓝色曲线（方形符号的曲线）为透射率相位等高线，两条曲线之间间隔相位差为。我们需要的结果为白色曲线与红色曲线（圆形符号的曲线）和蓝色曲线（方形符号的曲线）的交点，即满足，。

(b)图2.b的相图为透射率的相位，白色曲线为完美透射率模值等高线，红色曲线（圆形符号的曲线）为透射相位等高线，蓝色曲线（方形符号的曲线）为透射相位等高线。

选取等于的组合为合适解，透射率的模值Q值比较低，可以允许较大的设计和实验误差，有利于设计的实现和实验的测量。

(a)图3.c的实线为两个偏振方向上电场的模值在ABA模型中的传播演化趋势，先降后涨，最后以入射电场相同的模值出射。

(b)图3.d的实线为两个偏振方向上电场的累积相位在ABA模型中的传播演化趋势，两个偏振方向上累积相位的演化速度不同，最后出射时，两个偏振方向上累积相位差为。

对于A层：在两个偏振方向，相对介电常数均为正数，金属条结构（即把覆铜板均匀介质层上的铜箔刻成长方形的条状结构，如图3.a所示）可以满足要求。

对于B层：在一个偏振方向，相对介电常数为正数，在另一个偏振方向，相对介电常数为负数，已知金属圈结构在两个偏振方位相对介电常数均为负数，因此，金属条结构和金属圈结构的组合（即，把覆铜板均匀介质层上的铜箔刻成镂空的圆圈状结构，圆圈中间为长方形条状结构，如图3.a所示）通过合适的设计可以满足要求。

2. 模拟部分：

通过有限时域差分（简称FDTD）的电磁波计算程序包模拟、设计单元结构和超表面。

我们设计了一个具有镜面对称性的、满足条件、的、由三层结构层叠而成的单元结构：

(a)第一层为金属条结构：厚度为，其结构参数分别为长度、线宽（如图3.d和图7所示）。

(b)第二层为金属条结构和金属圈结构：金属条结构的几何参数与第一层一致，金属圈结构厚度为，直径（如图3.d和图7所示）。

(c)第三层为金属条结构：金属条结构的几何参数与第一层一致（如图3.d和图7所示）。

单元结构的大小为，介质层厚度为（如图8所示），介质层相对介电常数为4.6，相对磁导率为1。

从上述设计可知，单元结构具有镜面对称性，透射琼斯矩阵和反射琼斯矩阵在主轴坐标系为对角化矩阵,由描述，图3.bcef实线为模值和相位的模拟结果。电场的模值和相位在真实结构中的传播演化趋势见图2.cd的符号标记所示，与等效媒介模型的结果趋势一致。

3. 实验部分：

制作大小为印刷电路板（Print Circuit Broad,简称PCB板子），介质层为均匀的、各向同性的FR-4材料：

(a)第1层FR-4：上表面为金属条结构，下表面为空。

(b)第2层FR-4：上表面为金属条结构和金属圈结构的组合，下表面为金属条结构。

其中，几何参数与模拟部分的设计一致(如图3.d、图7和图8所示)。

实验1：测量电磁特异介质单元结构的透射琼斯矩阵和反射琼斯矩阵的实验。

基于“不旋转结构”电磁特异介质超表面（如图3.a所示）：每一个单元结构的几何转动角度均为（单元结构如图9所示，特殊地，图9的几何转动角度为），用作测量单元结构的透射琼斯矩阵和反射琼斯矩阵。

实验测量频率范围为，实验结果（如图3.bcef符号标记所示）与模拟结果（图3.bcef实线所示）一致：在工作频率处，满足条件、，异常透射模式的绝对效率达到最大值：（微波实验结果）和（FDTD模拟结果）。

说明：

(a)测量反射琼斯矩阵时，用小角度入射替代正入射。

(b)在频率范围处，4支能量模式绝对效率近似相等。

实验2：测量高效微波涡旋光激发装置所激发的±1阶、±2阶和±3阶涡旋光电场分布的实验。

基于“旋转结构”电磁特异介质超表面（如图5.adg所示）：每一个单元结构的几何转动角度按照阶螺旋梯度排列：。（单元结构如图9所示，特殊地，图9的几何转动角度为。为单元结构的全局坐标，全局坐标的原点位于PCB板子中心。为整数）

当入射光为左旋圆偏振光时，透射光为右旋圆偏振具有阶螺旋相位结构的涡旋光。-1阶、-2阶和-3阶涡旋光的电场x分量的实部分布如图5.beh所示，相位分布如图6.aei所示，工作频率为。

当入射光为右旋圆偏振光时，透射光为左旋圆偏振具有阶螺旋相位结构的涡旋光。+1阶、+2阶和+3阶涡旋光的电场x分量的实部分布如图5.cfi所示，相位分布如图6.bfj所示，工作频率为。

说明：

(a)在工作频率处，涡旋光的实部和相位分布的轮廓是十分干净，没有明显的缺陷，因为异常透射模式占主要的能量比例（），超表面的螺旋几何贝尔相位成功潜入到透射场中。

(b)在非工作频率处，-1阶、-2阶和-3阶涡旋光的电场x分量相位分布如图6.cgk所示, +1阶、+2阶和+3阶涡旋光的电场x分量相位分布如图6.dhl所示,相位分布的轮廓存在很多缺陷，这是正常透射模式（）和异常透射模式（）互相干涉的结果。由此可见，压制正常透射模式、提高异常透射模式绝对效率对实现纯透射相位调控器件功能是十分必要的。

本发明（涡旋光激发装置）的工作频率为，本发明不仅仅局限在微波范围内实现其功能，如果需要其他频率范围的涡旋光，可以根据电磁波标度定律等比例缩放或重新设计单元结构的几何参数，将工作频率推广到任何频率范围。本发明可以作为微波、THz和光波等领域涡旋光激发装置，为实验工作者产生高效、单模的涡旋光提供了具体的解决方案。

Claims (7)

1.一种基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置，其特征在于包括三个模块，分别是入射模块、转换模块和接收模块；其中：

所述入射模块，使用时域门技术，由圆极化喇叭以脉冲形式将右旋或左旋圆偏振平面光垂直入射到超表面；其中，待检测入射电磁波采用近似平面光形式入射，使入射平面光的等相面与“旋转结构”电磁特异介质超表面重合；

所述转换模块，通过具有完美透射频率窗口的“旋转结构”电磁特异介质超表面，使得入射的左旋或右旋圆偏振平面光几乎不改变振幅、完美地透过超表面同时，嵌入任意阶螺旋相位宏观序，所述入射的左旋圆偏振平面光变成右旋圆偏振涡旋光射出或者所述入射的右旋圆偏振平面光变成左旋圆偏振涡旋光出射；

所述“旋转结构”电磁特异介质超表面，是由全同的电磁特异介质单元结构周期性地排列的二维阵列，“旋转结构”电磁特异介质超表面每一个局域的附加的透射相位即几何贝尔相位由局域的特异介质单元结构的主轴几何转动角度决定，并且，每一个局域的透射幅度与电磁特异介质单元结构的主轴几何转动角度无关，从而实现纯相位调节；

所述接收模块，是由电偶极子探针、金属支架和可编程的步进电机自组装而成的电场空间分布3维扫描测量仪，主要用于测量透过涡旋光激发装置而产生左旋或右旋圆偏振涡旋光的电场空间分布。

2.根据权利要求1所述的基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置， 其特征在于，所述转换模块中，超表面局域电磁响应设计如下：全同的电磁特异介质单元结 构均设计为沿两个主轴方向完美透射，其工作频率为10.5GHz，由于单元结构的几何参数全 同，每一个局域的透射率模值得以保持；并且，每一个电磁特异介质单元结构均设计为以各 自的中心为原点沿局域的轴方向转动一定角度，这样每一个单元结构都能产生不同的 局域几何贝尔相位，从而对每一个局域的相位进行独立调控，由几何贝尔相位的调节替 代透射率相位的调节，但是嵌入的几何贝尔相位不是嵌入到线极化基矢上，而是圆极化基 矢上。

3.根据权利要求2所述的基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置， 其特征在于，所述的电磁特异介质单元结构由ABA三层层叠而成，通过琼斯矩阵理论和对称 性分析，要求单元结构具有镜面对称性的，在工作频率处满足条件：，，和为沿着两个晶轴方向的透射系数。

4.根据权利要求3所述的基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置， 其特征在于，所述的ABA三层叠层结构中，对A层和B层的相对介电常数满足为的组合。

5.根据权利要求4所述的基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置，其特征在于，所述的ABA三层叠层结构中，A层为金属条结构，B层为金属条结构和金属圈结构的组合。

6.根据权利要求1-5之一所述的基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发 装置，其特征在于，所述“旋转结构”电磁特异介质超表面的宏观序设计如下：几何贝尔相位 宏观序被设计为阶螺旋相位梯度，即电磁特异介质单元结构的主轴方 向绕局域z轴转动一定角度，其中，为任意整数，为全局坐标，该角度 沿着角向线性增大；

或者，设计为下述之一种：抛物线相位宏观序，以实现光聚焦；全息相位宏观序，以实现光全息成像；复式相位宏观序，以实现光多功能器件。

7.根据权利要求1所述的基于超表面透射几何贝尔相位的高效微波涡旋光激发装置，其特征在于，所述接收模块，还包括：

校准实验：不放入“旋转结构”电磁特异介质超表面，而让入射电磁波无阻碍通过，电偶极子探针放在入射电磁波光路中间接收信号，校准左旋或右旋圆极化喇叭；

检测实验：放入“旋转结构”电磁特异介质超表面；可编程步进电机带动电偶极子探针扫描涡旋光电场分布x分量或y分量。