光学超构表面的设计及动态调控研究

发布时间：2022-01-07 05:00

　　超构表面（metasurface）是一种通过人工设计的微纳米结构调控入射电磁波的谐振来控制波前的相位、偏振以及振幅的新型超薄的平面光学元件,其新颖的工作机制和灵活多变的结构设计形式为其在光电领域的应用提供了广阔的前景。然而,制备好的光学器件会因为结构尺寸的固定导致光学响应范围的固定,这将极大的限制超构表面的实际应用。因此,动态可调超构表面的研究就显得尤为重要。在超构表面设计过程中加入能使电磁波敏感的主动因素,就能对结构系统产生敏感的调控,而结构对电磁波调控的宏观反应则体现在功能器件光学响应的变化上。本文的研究内容为光学超构表面的设计及动态调控研究,在研究过程中设计了对应功能的超构表面结构系统,通过外界折射率变化、应力拉伸变形、化学方法转化三种调控方式对电磁波形成调控。虽然不同的调控方式对应不同的结构设计以及不同的应用领域,但是整体的动态调控都是基于耦合机制产生的,而本文设计的超构表面结构系统可以通过模式之间的多体耦合以及结构单元与入射电磁波的耦合作用产生工作。如何利用外界主动因素对设计的结构系统的耦合机制产生最敏感、最高效的调控,则是光学超构表面动态调控研究的主要内容。当然,随着本文中... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 可调控超构表面的发展概况
        1.2.1 超构表面的发展简介
        1.2.2 温度调控的超构表面
        1.2.3 机械调控的超构表面
        1.2.4 化学转化调控的超构表面
        1.2.5 电调控的超构表面
    1.3 目前研究存在的问题与不足
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 实验与测试方法
    2.1 实验材料
    2.2 实验设备
    2.3 数值模拟计算
        2.3.1 建立模型
        2.3.2 光谱图和场分布图的分析
    2.4 薄膜的制备与表征
        2.4.1 薄膜的制备方法
        2.4.2 薄膜的表征方法
    2.5 结构的制备与表征
        2.5.1 结构的制备方法
        2.5.2 结构的表征方法
第3章 强耦合增强磁谐振的等离子体传感器
    3.1 引言
    3.2 强耦合模型的建立与分析
        3.2.1 基本结构的设计
        3.2.2 模型的建立与数值模拟的结果
        3.2.3 数值模拟结果的理论分析
    3.3 等离子体超构表面的制备与表征
        3.3.1 光栅结构的制备
        3.3.2 结构的表征
    3.4 外界折射率调控的等离子体超构表面传感器
        3.4.1 等离体传感器的设计
        3.4.2 等离体传感器的测量与应用
    3.5 本章小结
第4章 基于柔性基底应力变形的结构色动态调控
    4.1 引言
    4.2 应力拉伸变形对结构色的调控机制
        4.2.1 可调控超构表面模型的建立
        4.2.2 偏振不敏感的响应机制
        4.2.3 不同拉伸量下的数值模拟
    4.3 可调控超构表面器件的制备流程与表征
        4.3.1 可调控器件的制备流程
        4.3.2 超构表面结构的表征
    4.4 可调控光学超构表面结构器件的应用
        4.4.1 通过机械拉伸调控的全光谱显示
        4.4.2 信息的显示和隐藏
    4.5 本章小结
第5章 化学转化法调控的卤化铅钙钛矿超构表面
    5.1 引言
    5.2 钙钛矿薄膜的制备与表征
        5.2.1 钙钛矿材料的选取
        5.2.2 钙钛矿薄膜的制备过程
        5.2.3 钙钛矿薄膜的表征
    5.3 钙钛矿超构表面的设计与实现
        5.3.1 广义斯涅尔定律和琼斯矩阵
        5.3.2 钙钛矿超构表面的设计
        5.3.3 钙钛矿超构表面的制备与表征
    5.4 钙钛矿超构表面可调控的全息投影成像
        5.4.1 全息投影的设计与实验验证
        5.4.2 可调控的全息投影成像
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3573868