【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及光帆，具體而言，涉及光帆、光帆調(diào)控方法以及光帆構(gòu)建方法。
技術(shù)介紹
1、光具有波粒二象性，運(yùn)動(dòng)的光子既擁有能量也具有動(dòng)量，當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生動(dòng)量的轉(zhuǎn)換。基于上述原理，光可以作為帆的動(dòng)力源，由光產(chǎn)生推動(dòng)力的帆形結(jié)構(gòu)即為光帆。太空中由于沒(méi)有空氣帶來(lái)的阻力，即使是光帆產(chǎn)生的這種極其微小的推動(dòng)力，也能夠幾乎沒(méi)有損耗地積累，且無(wú)需外加動(dòng)力源或者借助燃料的化學(xué)能，可不斷積少成多，為小型航天器提供十分可觀的推動(dòng)速度，因此光帆被認(rèn)為是未來(lái)具有巨大應(yīng)用潛力的推進(jìn)技術(shù)。
2、在光帆的應(yīng)用過(guò)程中，保持合適的推力達(dá)到所需速度的同時(shí)，還要求光帆姿態(tài)要保持穩(wěn)定及光帆多自由度三維運(yùn)動(dòng)操控。現(xiàn)有的光帆具有操控不夠靈活的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種光帆、光帆調(diào)控方法以及光帆構(gòu)建方法，用以解決現(xiàn)有的光帆操控不夠靈活的技術(shù)問(wèn)題。
2、第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種光帆，所述光帆包括：光帆本體以及分區(qū)設(shè)置于所述光帆本體表面的超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)；所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括：具有為所述光帆本體提供轉(zhuǎn)矩或拉力的貝塞爾光束相位的第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)，以及具有為所述光帆本體提供平移動(dòng)力的偏折相位的第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)；所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)與所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)同心設(shè)置；其中，通過(guò)在所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)或/和所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)入射左旋圓偏振光或/和右旋圓偏振光，實(shí)現(xiàn)所述光帆本體的平移、轉(zhuǎn)動(dòng)、翻轉(zhuǎn)、拉動(dòng)或自穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
3、在上述的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，該光帆包括光
4、可選地，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為r的圓環(huán)區(qū)域，所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括半徑為r0的圓形區(qū)域；r≥r0，且r小于或等于所述光帆本體的最大內(nèi)接圓半徑；所述圓環(huán)區(qū)域包括第一圓環(huán)區(qū)域、第二圓環(huán)區(qū)域、第三圓環(huán)區(qū)域和第四圓環(huán)區(qū)域；在以所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的幾何中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系中，所述第一圓環(huán)區(qū)域包括y<x且y>-x的超構(gòu)區(qū)域，所述第二圓環(huán)區(qū)域包括y>x且y>-x的超構(gòu)區(qū)域，所述第三圓環(huán)區(qū)域包括y<-x且y>x的超構(gòu)區(qū)域，所述第四圓環(huán)區(qū)域包括y<x且y<-x的超構(gòu)區(qū)域；所述圓形區(qū)域包括第一圓形區(qū)域、第二圓形區(qū)域、第三圓形區(qū)域、第四圓形區(qū)域、第五圓形區(qū)域、第六圓形區(qū)域、第七圓形區(qū)域、第八圓形區(qū)域；所述第一圓形區(qū)域包括x>0且y>x的超構(gòu)區(qū)域，所述第二圓形區(qū)域包括x<0且y>-x的超構(gòu)區(qū)域，所述第三圓形區(qū)域包括y>0且y<-x的超構(gòu)區(qū)域，所述第四圓形區(qū)域包括y<0且y>x的超構(gòu)區(qū)域，所述第五圓形區(qū)域包括x<0且y<x的超構(gòu)區(qū)域，所述第六圓形區(qū)域包括x>0且y<-x的超構(gòu)區(qū)域，所述第七圓形區(qū)域包括y<0且y>-x的超構(gòu)區(qū)域，所述第八圓形區(qū)域包括y>0且y<x的超構(gòu)區(qū)域；所述第一圓環(huán)區(qū)域和所述第三圓環(huán)區(qū)域滿足所述第二圓環(huán)區(qū)域和所述第四圓環(huán)區(qū)域滿足其中，表示在(x,y)位于所述第一圓環(huán)區(qū)域或者所述第三圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的情況下，該位置的相位分布值；表示在(x,y)位于所述第二圓環(huán)區(qū)域或者所述第四圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的情況下，該位置的相位分布值；α表示所述貝塞爾光束的圓錐角；λ表示入射光的中心波長(zhǎng)；所述第一圓形區(qū)域和所述第六圓形區(qū)域滿足所述第二圓形區(qū)域和所述第五圓形區(qū)域滿足所述第三圓形區(qū)域和所述第八圓形區(qū)域滿足所述第四圓形區(qū)域和所述第七圓形區(qū)域滿足其中，表示在(x,y)位于所述第一圓形區(qū)域或者所述第六圓形區(qū)域內(nèi)的情況下，該位置的相位分布值；表示在(x,y)位于所述第二圓形區(qū)域或者所述第五圓形區(qū)域內(nèi)的情況下，該位置的相位分布值；表示在(x,y)位于所述第三圓形區(qū)域或者所述第八圓形區(qū)域內(nèi)的情況下，該位置的相位分布值；表示在(x,y)位于所述第四圓形區(qū)域或者所述第七圓形區(qū)域內(nèi)的情況下，該位置的相位分布值；p表示(x,y)這一位置所對(duì)應(yīng)的所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的周期。
5、可選地，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第二圓形區(qū)域和第五圓形區(qū)域入射右旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓形區(qū)域和第六圓形區(qū)域入射左旋圓偏振光，以控制所述光帆本體向左移動(dòng)；和/或，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第三圓形區(qū)域和第七圓形區(qū)域入射左旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第四圓形區(qū)域和第八圓形區(qū)域入射右旋圓偏振光，以控制所述光帆本體向上移動(dòng)；和/或，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第二圓形區(qū)域和第六圓形區(qū)域入射右旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓形區(qū)域和第五圓形區(qū)域入射左旋圓偏振光，以控制所述光帆本體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和/或，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓環(huán)區(qū)域入射橢圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第三圓環(huán)區(qū)域入射左旋圓偏振光，以控制所述光帆本體沿y軸發(fā)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和/或，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓環(huán)區(qū)域和第三圓環(huán)區(qū)域斜入射左旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第二圓環(huán)區(qū)域和第四圓環(huán)區(qū)域斜入射右旋圓偏振光，以控制所述光帆本體沿垂直于所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的方向靠近入射光移動(dòng)；和/或，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第二圓環(huán)區(qū)域、第四圓環(huán)區(qū)域、第一圓形區(qū)域、第二圓形區(qū)域、第五圓形區(qū)域和第六圓形區(qū)域入射右旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓環(huán)區(qū)域、第三圓環(huán)區(qū)域、第三圓形區(qū)域、第四圓形區(qū)域、第七圓形區(qū)域和第八圓形區(qū)域入射左旋圓偏振光，以控制所述光帆本體處于穩(wěn)定狀態(tài)。
6、在上述的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)為圓環(huán)區(qū)域，第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)為圓形區(qū)域；通過(guò)向不同圓環(huán)區(qū)域入射左旋圓偏振光和/或右旋圓偏振光，為光帆本體提供轉(zhuǎn)矩或者拉力；通過(guò)向不同圓形區(qū)域入射左旋圓偏振光和/或右旋圓偏振光，為光帆本體提供平移動(dòng)力；進(jìn)而基于超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光帆本體的平移、轉(zhuǎn)動(dòng)、反轉(zhuǎn)、拉動(dòng)或自穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。提高了對(duì)光帆的操控靈活度。
7、可選地，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括半徑為r0的圓形區(qū)域，所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為r的圓環(huán)區(qū)域；r≥r0，且r小于或等于所述光帆本體的最大內(nèi)接圓半徑；所述圓形區(qū)域包括第一圓形區(qū)域、第二圓形區(qū)域、第三圓形區(qū)域和第四圓形區(qū)域；在以所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的幾何中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系中，所述第一圓形區(qū)域包括y<x且y>-x的超構(gòu)區(qū)域，所述第二圓形區(qū)域包括y>x且y>-x的超構(gòu)區(qū)域，所述第三圓形區(qū)域包括y<-x且y>x的超構(gòu)區(qū)域，所述第四圓形區(qū)域包括y<x且y<-x的超構(gòu)區(qū)域；所述圓環(huán)區(qū)域本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種光帆，其特征在于，所述光帆包括：光帆本體以及分區(qū)設(shè)置于所述光帆本體表面的超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光帆，其特征在于，其中，所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R的圓環(huán)區(qū)域，所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括半徑為r0的圓形區(qū)域；r≥r0，且R小于或等于所述光帆本體的最大內(nèi)接圓半徑；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光帆，其特征在于，其中，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第二圓形區(qū)域和第五圓形區(qū)域入射右旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓形區(qū)域和第六圓形區(qū)域入射左旋圓偏振光，以控制所述光帆本體向左移動(dòng)；和/或，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光帆，其特征在于，其中，所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括半徑為r0的圓形區(qū)域，所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R的圓環(huán)區(qū)域；r≥r0，且R小于或等于所述光帆本體的最大內(nèi)接圓半徑；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光帆，其特征在于，其中，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第二圓環(huán)區(qū)域和第五圓環(huán)區(qū)域入射右旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓環(huán)區(qū)域和第六圓環(huán)區(qū)域入射左旋圓偏振光，以控制所述光帆本體向左移動(dòng)；
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的光帆，其特征在于，其中，所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)和所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)分別包括多個(gè)超構(gòu)表面單元；通過(guò)調(diào)整對(duì)應(yīng)位置的超構(gòu)表面單元的幾何參數(shù)或旋轉(zhuǎn)角度，調(diào)整所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)或者所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的相位分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光帆，其特征在于，其中，所述超構(gòu)表面單元包括介質(zhì)納米柱；
8.一種光帆調(diào)控方法，其特征在于，所述方法用于調(diào)控如上述權(quán)利要求2或3所述的光帆，所述方法包括：
9.一種光帆調(diào)控方法，其特征在于，所述方法用于調(diào)控如上述權(quán)利要求4或5所述的光帆，所述方法包括：
10.一種光帆構(gòu)建方法，其特征在于，待構(gòu)建光帆包括光帆本體以及分區(qū)設(shè)置于所述光帆本體表面的超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)；所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括具有為所述光帆本體提供轉(zhuǎn)矩或拉力的貝塞爾光束相位的第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)和為所述光帆本體提供平移動(dòng)力的偏折相位的第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)；所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)與所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)同心設(shè)置；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種光帆，其特征在于，所述光帆包括：光帆本體以及分區(qū)設(shè)置于所述光帆本體表面的超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光帆，其特征在于，其中，所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為r的圓環(huán)區(qū)域，所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括半徑為r0的圓形區(qū)域；r≥r0，且r小于或等于所述光帆本體的最大內(nèi)接圓半徑；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光帆，其特征在于，其中，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第二圓形區(qū)域和第五圓形區(qū)域入射右旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓形區(qū)域和第六圓形區(qū)域入射左旋圓偏振光，以控制所述光帆本體向左移動(dòng)；和/或，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光帆，其特征在于，其中，所述第一超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括半徑為r0的圓形區(qū)域，所述第二超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為r的圓環(huán)區(qū)域；r≥r0，且r小于或等于所述光帆本體的最大內(nèi)接圓半徑；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光帆，其特征在于，其中，通過(guò)向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第二圓環(huán)區(qū)域和第五圓環(huán)區(qū)域入射右旋圓偏振光，向所述超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)的第一圓環(huán)區(qū)域和第六...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅先剛，張飛，蒲明博，杜安斌，劉永健，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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