基于介质超表面的光场相位调控技术研究

发布时间：2023-11-27 18:35

　　超表面是一种二维的,亚波长尺寸的电磁人工材料,可以实现对电磁波偏振、振幅、相位等特性的有效操控。透射型金属超表面由于欧姆损耗,在可见光与近红外波段的效率很低。介质惠更斯超表面能克服欧姆损耗的问题,实现更高的反射/透射效率。但目前基于相位操控的透射型超表面主要是通过改变纳米结构的高度来更进一步地提高超表面的效率,这大大增加了加工的难度。因此,为了提高超表面的相位操控和透射效率,本文基于近红外830nm提出了一种非周期性的惠更斯超表面结构。本论文使用时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD),针对超透镜效率等问题展开了一系列的研究。具体研究内容如下:1.构建几何模型,依据硅、二氧化硅的材料参数,利用结构的散射参数,分析纳米结构尺寸与偶极子共振的规律,设计出具有0-2π全相空间范围内高透过率的超原子库,并对其中的超原子完成特性分析(电/磁极化率、Q因子、误差分析);2.根据相位函数设计相应的超表面结构(光束偏转、超透镜、二次透镜),在830nm,对于光束偏转元件,实现了光束的偏转,偏转角度与理论值一致,效率也高于周期性结构的超表面元件;对非周期性超...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 电磁超材料与超表面
    1.2 超表面研究进展
    1.3 本文主要研究内容
第二章 超表面设计理论及仿真方法
    2.1 电磁纳米结构的动力学分析
    2.2 超原子散射参数
    2.3 广义斯涅尔定理
    2.4 时域有限差分算法
    2.5 本章小结
第三章 基于惠更斯效应的超原子设计
    3.1 超原子设计
    3.2 超原子选择及特性分析
        3.2.1 电磁极化率
        3.2.2 Q因子
    3.3 超原子尺寸误差分析
    3.4 本章小结
第四章 超表面构建
    4.1 光束偏转器
    4.2 超透镜
        4.2.1 周期性超透镜
        4.2.2 焦距f对透镜特性的影响
        4.2.3 口径D对透镜特性的影响
        4.2.4 F数对透镜特性的影响
        4.2.5 总结
    4.3 二次超透镜的设计仿真
        4.3.1 基本原理
        4.3.2 二次超透镜特性的影响因素
        4.3.3 二次超透镜的复眼特性
    4.4 本章小结
第五章 器件加工与表征
    5.1 器件样品加工
    5.2 表征光路设计与搭建
    5.3 样品性能表征
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间所获成果



本文编号：3868350