基于二氧化钛全介质超透镜组的成像研究
发布时间：2021-08-13 07:19
基于米氏散射机制的全介质超材料不存在欧姆损耗,其在可见光波段的效率可达到90%以上。在可见光波段,二氧化钛由于其折射率实部n大,虚部k小,几乎为零,与光波耦合作用强,可轻易达到2π相位延迟,实现对光波波前的完全调控,并且保持高效率,理论上可达100%,因此二氧化钛超表面拥有非常广泛使用价值。超透镜是超表面的一种应用形式,其工作机制与传统透镜不同,其相位是瞬变的,通过天线排布,得到满足需要的相位分布。本文采用二氧化钛全介质材料,制备两种不同的超透镜,工作波长为532 nm,组合成超透镜组,通过调整透镜之间的距离和入射光的性质,可以实现手机镜头、显微镜和伽利略望远镜三种功能。为了对光波波前实现完全调控,必须满足相位0-2π的完全覆盖,同时为了消除第一个超透镜（物镜）成像对第二个超透镜（目镜）成像的影响,本文应用两种基本结构:纳米圆柱和纳米方块。通过对基础理论的理解与研究,采用二氧化硅基底+二氧化钛天线作为基本单元,利用麦克斯方程求解软件进行仿真,设置合适的光学参数和几何参数,例如折射率,周期,厚度,纳米圆柱的厚度,纳米方块的长度等,得到透射率均高90%,相位覆盖2π的基本结构。根据超透镜相...
【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】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
径向和方位偏振光超透镜[38]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-变Z轴上多个焦点的场强占比。同时，通过采用损耗更低的材料，可以提高超透镜的聚焦效率。图1-1径向和方位偏振光超透镜[38]图1-2纵向多焦点超透镜[39]2016年3月，Ho-SeokEeandRiteshAgarwal成功设计并制备了依靠柔性基底可调控超表面和平面光学变焦镜头[40]，如图1-3。在柔性PDMS基底上制备Au纳米方块天线，通过机械拉伸基底，逐渐改变基本结构的周期（一个纳米天线对应一个周期），在可见光波段实现波前的连续调控，实现变焦的目的。在波长为632.8nm，通过拉伸柔性基底，使其变形30%，异常反射角度可从11.4°改变到14.9°。设计并制备了可放大1.7倍的超薄变焦镜头，焦距可在150微米到250微米任意改变。可变焦超透镜在集成光学，光通信，生物科学，可穿戴器件方面有着广泛的应用。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-3柔性基底可变焦超透镜[40]2016年10月，Cappaso等人成功制备了在可见光波段偏振不依赖的超透镜[41]，如图1-4。由于圆柱具有对称性，通过改变圆柱的直径，可获得需要的相位分布而不改变入射光的偏振态。利用圆柱形纳米天线，针对红光λ=660nm，绿光λ=532nm，蓝光λ=405nm，三个可见光波段，设计并制备了数值孔径分别为0.85和0.6的超透镜，效率高达60%和90%，获得对称性好，尺寸接近衍射极限的焦点，具有高精度的成像能力。对美国空军分辨率板进行观察，可清晰看到2.2μm的线宽和4.4μm的中心距离。超透镜可分辨距离为μm级。入射光波长从490nm至650nm范围改变，超透镜的放大倍率可从260倍到337倍范围变化，具有宽谱工作性质。超透镜可采用单步光刻和大规模制备工艺制备，预示着超透镜在成像和光谱学领域具有广泛的应用前景。·图1-4可见光波段偏振不依赖的超透镜[41]2017年1月，Khorasaninejad等人成功制备了可见光波段带宽超过60nm的消色差透镜（AML）和具有反向色差的超透镜[42]，如图1-5。这是通过介电
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tunable near-infrared plasmonic perfect absorber based on phase-change materials[J]. Yiguo Chen,Xiong Li,Xiangang Luo,Stefan A.Maier,Minghui Hong. Photonics Research. 2015(03)
[2]表面等离子体亚波长光学原理和新颖效应[J]. 顾本源. 物理. 2007(04)
本文编号：3339996
【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】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
径向和方位偏振光超透镜[38]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-变Z轴上多个焦点的场强占比。同时，通过采用损耗更低的材料，可以提高超透镜的聚焦效率。图1-1径向和方位偏振光超透镜[38]图1-2纵向多焦点超透镜[39]2016年3月，Ho-SeokEeandRiteshAgarwal成功设计并制备了依靠柔性基底可调控超表面和平面光学变焦镜头[40]，如图1-3。在柔性PDMS基底上制备Au纳米方块天线，通过机械拉伸基底，逐渐改变基本结构的周期（一个纳米天线对应一个周期），在可见光波段实现波前的连续调控，实现变焦的目的。在波长为632.8nm，通过拉伸柔性基底，使其变形30%，异常反射角度可从11.4°改变到14.9°。设计并制备了可放大1.7倍的超薄变焦镜头，焦距可在150微米到250微米任意改变。可变焦超透镜在集成光学，光通信，生物科学，可穿戴器件方面有着广泛的应用。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-3柔性基底可变焦超透镜[40]2016年10月，Cappaso等人成功制备了在可见光波段偏振不依赖的超透镜[41]，如图1-4。由于圆柱具有对称性，通过改变圆柱的直径，可获得需要的相位分布而不改变入射光的偏振态。利用圆柱形纳米天线，针对红光λ=660nm，绿光λ=532nm，蓝光λ=405nm，三个可见光波段，设计并制备了数值孔径分别为0.85和0.6的超透镜，效率高达60%和90%，获得对称性好，尺寸接近衍射极限的焦点，具有高精度的成像能力。对美国空军分辨率板进行观察，可清晰看到2.2μm的线宽和4.4μm的中心距离。超透镜可分辨距离为μm级。入射光波长从490nm至650nm范围改变，超透镜的放大倍率可从260倍到337倍范围变化，具有宽谱工作性质。超透镜可采用单步光刻和大规模制备工艺制备，预示着超透镜在成像和光谱学领域具有广泛的应用前景。·图1-4可见光波段偏振不依赖的超透镜[41]2017年1月，Khorasaninejad等人成功制备了可见光波段带宽超过60nm的消色差透镜（AML）和具有反向色差的超透镜[42]，如图1-5。这是通过介电
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tunable near-infrared plasmonic perfect absorber based on phase-change materials[J]. Yiguo Chen,Xiong Li,Xiangang Luo,Stefan A.Maier,Minghui Hong. Photonics Research. 2015(03)
[2]表面等离子体亚波长光学原理和新颖效应[J]. 顾本源. 物理. 2007(04)
本文编号：3339996
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