基于施加偏置电压后固态等离子体(SSP)可以在金属态或介质态之间进行切换的特性,设计了一种基于SSP材料的可重构双功能超材料极化转换器。研究结果表明,当SSP为金属态时,所设计的超材料极化转换器可以在较宽的频率范围内实现反射式线- 线极化转换,转换效率超过98%。当SSP为介质态时,所设计的超材料极化转换器工作在透射模式下,此时可以实现透射式线- 圆极化转换。通过表面电流分布解释了极化转换的物理机理;通过改变结构参数,研究了SSP处于金属态和介质态时的极化转换性能,证明了所设计的基于SSP的超材料极化转换器不仅具有可重构的极化转换特性,而且对结构参数的轻微变化能够保持良好的鲁棒性,有利于实际制作和实验验证。此外,入射角度的轻微变化,对两种状态下的极化转换特性不会产生大的影响,也满足实际需求。所设计的超材料极化转换器不仅可以满足不同工作模式、不同转换性能的应用需求,而且在通信、传感和成像方面具有潜在应用前景。

设计了一种覆盖 X频段的双圆极化天线, 通过 1个 3 dB电桥分别给 2个垂直交叉放置的 Vivaldi天线馈电来实现双圆极化。为了实现宽带小型化, 在 Vivaldi天线表面开槽并且电桥采用耦合形式实现。仿真结果表明, 所设计的天线整体尺寸为 0.48λ×0.48λ×0.5λ(λ对应最低频率处波长), 能够在 8~12 GHz的频带内实现天线驻波比 (VSWR)<2, 轴比为 3 dB, 带宽为 40%的左旋和右旋圆极化。

为了研究圆偏振强激光脉冲中高能电子辐射随时间的演化, 在拉格朗日方程和电子能量方程的基础上, 构建了高能单电子与强激光脉冲相互作用的模型, 采用MATLAB对此过程进行模拟和计算, 得到了电子辐射的空间分布随时间演化的仿真图像。结果表明, 受圆偏振紧聚焦强激光脉冲作用的电子所发出的电磁辐射能量会随时间由外而内呈现涡旋状的空间分布, 且在约1000 fs后集中在中心;辐射向内集中的速度会随时间逐渐放缓。此外, 单位立体角辐射能量的最大值也会随时间递增, 且变化速度先增大后减小。在450 fs附近, 辐射能量到达平台期, 此后继续缓慢增加, 直至1000 fs后稳定在1.18×10-12 J/cm2。此结果表明, 可以通过控制电子与激光相互作用的时间, 更快得到符合实验要求特性的电子辐射。

根据激光与电子相互作用方程与电子辐射功率方程建立单电子对撞模型, 借助MATLAB软件模拟, 详细研究不同强度圆偏振激光脉冲作用下, 电子振荡辐射的三维空间分布特点。研究结果表明, 对撞电子的空间辐射最大值随激光强度的增大而增大。从三维空间图像特点来看, 随着激光强度的增大, 辐射圆锥面所围立体角不断扩大, 当振幅峰值由线性向非线性过渡时, 极角方向上的辐射值由平滑向出现波折转变, 方位角方向上由均匀向非均匀变化, 当归一化激光强度达到10时, 辐射方向近似垂直于运动方向呈平面。

以方环单极子天线为基础,设计了一种太赫兹频段超宽带圆极化微带阵列天线。提出的新型低剖面环形天线单元由C型结构和改进后的接地结构组成, 实现了天线表面电流不对称流动以及电流的最优纵横比, 辐射圆极化波; 采用2×4天线阵列不仅提高了天线增益, 而且增强了其方向特性。仿真结果表明, 该阵列天线的阻抗带宽为67.42%(193.86~391.02GHz), 圆极化轴比带宽可完全包含该频段, 且在该频段内峰值增益为15dBi, 在太赫兹通信设备中具有广阔的应用前景。

光的干涉图样携带了光波的振幅、频率、相位和偏振等重要的信息，而两束任意偏振态高斯光束干涉尚未被详细研究，因此研究高斯光束的偏振态与干涉图样之间存在的关联很有必要。本文利用光纤马赫-曾德尔干涉仪，对任意偏振态高斯光束空间干涉场进行了研究，得到了任意偏振态高斯光束干涉光强空间分布理论公式，并通过实验进行了验证。研究表明：两束偏振态完全相同高斯光束干涉，可以得到对比度为1的清晰干涉条纹图样；两束正交偏振态高斯光束无干涉现象，对比度为0；其他偏振条件下高斯光束干涉图样对比度介于0和1之间。本文理论和实验结果对于理解和应用偏振光干涉具有非常重要的意义。

针对传统微带圆极化阵列天线存在带宽较窄、尺寸较大等问题，提出一种新颖的基于共面波导 (CPW)槽线转换结构的无空气桥功分器，并基于此功分器设计了一款紧凑型高定向性圆极化阵列天线。设计的共面波导功分器利用共面波导奇模式方法实现了能量分配，不需使用空气桥结构及四分之一波长匹配线，因此尺寸更加紧凑，结构更加简单。利用此功分器设计的圆极化阵列天线剖面厚度仅为 1 mm，轴比带宽为 4.14%，阻抗带宽为 7.03%；在 5.8 GHz时，实测增益为 8.412 dBi，在保证低剖面、小尺寸的同时，可提供足够的工作带宽以及天线增益。