渐变折射率超材料实现高效模式转换和轨道角动量产生
海洋是人类赖以生存的地球生态系统中重要的组成部分。近年来，水下声学通信受到了广泛的关注，是因为在水下声波的衰减远小于电磁波。微波的大量损耗和可见光的强散射实质上导致了对光波传播的极大抑制。但是与电磁波相比，声波（作为标量波）没有极化或自旋的自由度。此外，声波通信信道的容量还受到低工作频率（低于20kHz）和低固有速度的限制。因此，如何进一步拓宽声通信的带宽已经成为要解决的关键问题。近年来，模式的分离和复用（MDM）是波导通信系统中非常有前途的研究领域。此外，具有螺旋相位分布的声涡旋波已得到扩展，以开辟用于大容量声通信的替代复用和去复用方法。区别于传统技术的另一种自由度，轨道角动量（OAM）有望在水下声通信方面带来巨大的革命。传统的产生声OAM的方法需要有源阵列，该有源阵列由大量独立的换能器组成，或者具有不均匀厚度和螺旋结构的无源材料，这限制了它们的实际应用潜力。近来，声谐振器被用于将平面波转换成输出涡旋光束。然而，由于亥姆霍兹谐振器的特性，工作频率一般是单一频率，并且谐振器的复杂结构也不适合于器件的小型化。尽管目前的研究已经初步证明了声OAM的潜力，但远远不能满足实际应用的要求。
- 2022-01-17
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