一种光帆构建方法及光帆技术

本申请提供一种光帆构建方法及光帆，涉及光帆技术领域，光帆表面具有超构表面结构，所述方法包括：基于以超构表面结构的几何中心点作为坐标原点的坐标系，确定表征超构表面结构各位置针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布，得到目标相位分布；获取多个几何参数不同的备选超构表面单元针对入射的x方向偏振光和对入射的y方向偏振光进行调控后的相位值；根据各备选超构表面单元相位分布，从所述备选超构表面单元选取符合目标相位分布的目标超构表面单元；将所述目标超构表面单元组合构建成为光帆。本申请能够使光帆在不对超构表面进行分区的情况下实现自稳定推进，并有效提高能量利用率。量利用率。量利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种光帆构建方法及光帆


[0001]本申请涉及光帆
，具体而言，涉及一种光帆构建方法及光帆。

技术介绍

[0002]光具有波粒二象性，以极快的速度运动的光子拥有能量，当飞速前进的光子撞在物体表面时，光子的部分能量便会传递给物体，转化为其前进的动量，与采用风作为动力源的风帆类似，基于上述原理，光也可以作为帆的动力源，采用光作为动力源，产生推动力的帆形结构即为光帆。
[0003]太空中由于没有空气带来的阻力，即使是光帆产生的这种极其微小的推动力，也能够几乎没有损耗地积累，且无需外加动力源或者借助燃料的化学能，可不断积少成多，为小型航天器提供十分可观的推动速度，因此光帆被认为是未来具有巨大应用潜力的推进技术。但是现有技术中的光帆存在自稳定性差，能量利用率不足等问题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种光帆构建方法及光帆。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种光帆构建方法，所述光帆构建方法用于构建光帆，所述光帆表面具有超构表面结构，所述超构表面结构由超构表面单元组成，所述方法包括：基于以超构表面结构的几何中心点作为坐标原点的坐标系，确定表征所述超构表面结构各位置针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布，和共同构成目标相位分布；其中，和均可覆盖相位，且；获取多个几何参数不同的备选超构表面单元针对入射的x方向偏振光和针对入射的y方向偏振光进行调控后的相位值；根据各备选超构表面单元相位值，从所述备选超构表面单元选取符合所述目标相位分布的目标超构表面单元；将所述目标超构表面单元组合构建成为光帆。
[0006]在一种可能的实现方式中，所述超构表面结构表现为透射式贝塞尔光束生成器，针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布还满足以下约束：
其中，为入射光的中心波长，为所述超构表面结构形成的贝塞尔光束的圆锥角。
[0007]在一种可能的实现方式中，所述所述确定表征所述超构表面结构各位置针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和针对入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布的步骤，包括：针对不同的超构表面单元的几何参数，通过仿真软件计算与之对应相位分布仿真数据，得到各备选超构表面单元针对入射的x方向偏振光和对入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述超构表面单元由多个介质纳米柱构成的阵列结构组成；所述超构表面的几何参数包括介质纳米柱的长轴长度L、短轴长度W、高度H、以及超构表面单元结构的周期P中的一种或多种。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述介质纳米柱种类为n种，其中n为超构表面单元结构的阶数，n种介质纳米柱结构之间相位差为，满足。
[0010]第二方面，本申请实施例还提供一种光帆，所述光帆表面具有超构表面结构，所述超构表面结构由超构表面单元组成；基于以超构表面结构的几何中心点作为坐标原点的坐标系，所述超构表面结构各位置针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布满足以下约束：其中，和均可覆盖相位。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述超构表面结构表现为透射式贝塞尔光束生成器，所述超构表面结构针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布还满足以下约束：还满足以下约束：其中，为入射光的中心波长，为所述超构表面结构形成的贝塞尔光束的圆锥角。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述超构表面单元由多个介质纳米柱构成的阵列结构组成，所述介质纳米柱包括至少两种不同的长轴长度L、短轴长度W、高度H或超构表面单元结构的周期P。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述介质纳米柱种类为n种，其中n为超构表面单元结构的阶数，n种介质纳米柱结构之间相位差为，满足。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述介质纳米柱的材料包括硅、二氧化钛、氮化硅中的一种或多种。
[0015]相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请提供的一种光帆构建方法及光帆，将超构表面结构应用在光帆表面上，并通过设置超构表面单元的几何参数，调整其针对入射的x方向偏振光和入射的y方向偏振光相位分布，使光帆可以在不对超构表面进行分区的情况下实现自稳定推进，并可以有效提高光帆的能量利用率。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为本申请实施例提供的光帆构建方法的流程示意图；图2为本申请实施例提供的光帆旋转自稳定的示意图；图3为本申请实施例提供的x偏振光入射时xz平面的电场分布；图4为本申请实施例提供的y偏振光入射时xz平面的电场分布；图5为本申请实施例提供的光帆偏心自稳定的示意图之一；图6为本申请实施例提供的光帆偏心自稳定的示意图之二；图7为本申请实施例提供的光帆翻转自稳定的示意图；图8为本申请实施例提供的超构表面单元的示意图。
[0018]图标：110
‑
介质纳米柱。
具体实施方式
[0019]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0020]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0021]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0022]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理
解为指示或暗示相对重要性。
[0023]此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光帆构建方法，其特征在于，所述光帆构建方法用于构建光帆，所述光帆表面具有超构表面结构，所述超构表面结构由超构表面单元组成，所述方法包括：基于以超构表面结构的几何中心点作为坐标原点的坐标系，确定表征所述超构表面结构各位置针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和针对入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布，和共同构成目标相位分布；其中，和均可覆盖相位，且；获取多个几何参数不同的备选超构表面单元针对入射的x方向偏振光和入射的y方向偏振光进行调控后的相位值；根据各备选超构表面单元相位值，从所述备选超构表面单元选取符合所述目标相位分布的目标超构表面单元；将所述目标超构表面单元组合构建成为光帆。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超构表面结构表现为透射式贝塞尔光束生成器，针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布还满足以下约束：还满足以下约束：其中，为入射光的中心波长，为所述超构表面结构形成的贝塞尔光束的圆锥角。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定表征所述超构表面结构各位置针对入射的x方向偏振光进行调控后的相位分布和针对入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布的步骤，包括：针对不同的超构表面单元的几何参数，通过仿真软件计算与之对应相位分布仿真数据，得到各备选超构表面单元针对入射的x方向偏振光和对入射的y方向偏振光进行调控后的相位分布。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超构表面单元由多个介质纳米柱构成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，张飞，哈颖丽，刘永健，李兰婷，蒲明博，
申请(专利权)人：天府兴隆湖实验室，
类型：发明
国别省市：