林屹峰 单明明 孔旭东 冯 强② 李 龙*②

①(西安电子科技大学超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室 西安 710071)

②(人工智能与数字经济广东省实验室智能超材料中心 广州 510330)

1 引言

携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的涡旋电磁波，其等相位波前特性与传统平面电磁波的等相位波前不同，并且其波束具有发散性[1]。由于相位因子项e(jℓφ)的作用[2]，涡旋电磁波具有螺旋形式的等相位波前，此处的ℓ表示涡旋电磁波所携带的OAM模态值大小，有时也称之为OAM模态阶数，ℓ可以取任意整数值，并且从理论上讲，不同阶OAM模态之间具有正交性。由此便构成了OAM模态的无穷维正交性，正是基于此特性OAM涡旋波束在无线通信以及雷达探测与成像领域表现出很大的研究潜力。对于无线通信而言，可以通过相互正交的OAM模态来传输多个数据流以提高信道利用率，增大通信系统的信息传输容量，相较于传统的通信技术具有更大的优势[3-7]。对于雷达探测与成像而言，可以将OAM模态作为一个新的信息维度，用于提高雷达回波信息的获取能力，以及探测目标的成像分辨率，尤其是对于雷达目标在方位角维度探测能力的提高具有重要作用[8-10]。

在经典的电磁理论中就有关于射频轨道角动量概念的论述，并且在随后也有相关的研究工作开展，只是大都处于理论阶段，还并未有相关的实验验证[11,12]。直到1992年，Allen等人[13,14]通过实验进一步研究显示拉盖尔-高斯波束具有完整的轨道角动量特性，并确定了轨道角动量和相位因子项e(jℓφ)之间的对应关系，这直接促进了轨道角动量研究领域的飞速发展。……