基于纳米光腔的非线性光学超构表面

发布时间：2024-02-17 23:03

　　近年来,光学超构材料作为一种新型人工材料引起了人们的广泛关注。光学超构材料在组分仍为传统材料的基础上,通过人工设计亚波长尺度的单元结构(或称“超构原子”)来控制材料的有效介电常数和磁导率,从而表现出超越传统材料的电磁响应。尽管超构材料为光学器件的设计提供了全新思路和实现方法,但由于其结构复杂受限于纳米加工技术,且在可见光范围内存在高损耗等问题,三维超构材料很难在光学波段得到实际应用。针对这些问题,超薄的光学超构表面应运而生。光学超构表面继承了超构材料亚波长单元设计的优点,仅利用一层超构原子即可灵活自由地调控光的振幅、相位、偏振、自旋和轨道角动量等性质。光学超构表面结构简单、设计直观、易于加工、利于集成,极大地推动了新型光学器件的发展。在线性光学领域已实现光学聚焦、全息成像、光束整形等形形色色的功能。超构表面在非线性光学领域也获得了广泛关注。非线性超构表面由于其超薄特性而免于苛刻的相位匹配条件。同时,非线性超构表面能够通过设计每个单元,实现对产生的非线性光的相位、振幅和偏振进行操控,实现多种多样的光学功能。该领域中,如何在超构表面有限的厚度内提高非线性转换效率一直是相关研究的热点。本论文...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1材料的介电常数和磁导率的参数空间[12]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-1.2.1超构材料根据材料的介电常数和磁导率的正负号，材料可以分为4类，其示意图如图1-1所示：图1-1材料的介电常数和磁导率的参数空间[12]其中横轴表示介电常数，竖轴表示磁导率，原点为0。第一类材料处于参数空间的第一象限，其介电常数和磁导率....

图1-2光在相位梯度表面的传播[18]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-1.2.2光学超构表面三维超构材料加工难度大、损耗高，限制了其实际应用。而光学超构表面是由亚波长超构原子构成的二维表面，在继承了超构材料的优点的同时，具有体积孝集成度高等优点，获得了广泛关注和研究。并实现了多种光学功能和应用，例如超薄平坦透镜[....

图1-3高效率超构表面全息[19]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-棒-介质-金属的三层结构作为超构原子，在反射模式下，偏离了共振波长时这种结构可有拥有低的欧姆损耗。同时，通过设计纳米棒的尺寸，使得在宽带范围内沿棒的长轴方向偏振的光和短轴方向偏振的光的反射相位相差接近π，超构原子近似为一个亚波长尺寸的半波片。根....

图1-4宽带消色差超构表面透镜[6,13]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-并没有讨论各个频率的光的群速度是否相同。将它应用于短脉冲光的聚焦，脉冲的时间长度就可能被透镜所展开拉长。2018年，W.T.Chen等在实现宽带消色差的同时，实现了群色散的消除。这使得短脉冲光在聚焦前后的时间长度保持一致，对于聚焦飞秒激光等短脉....

本文编号：3901469