硅基超表面光场调控研究

发布时间：2022-02-20 13:00

　　光学超表面是由亚波长尺度的单元结构,组成的有序二维平面周期性结构。通过对结构与光场的散射作用,实现对光场的振幅,位相和偏振的精确调控。相比于传统的光学元件,超表面具有结构简单、设计方便、易加工、损耗小等突出特点,在光场调控和光场生成等方面有着重要的应用价值,在集成光学和光学器件方面有着特有的优越性。本论文旨在充分发挥超表面在光场调控中的巨大优势,围绕硅基超表面的设计、加工以及其光场调控中的物理原理、光学特性进行细致的研究。设计了高效生成艾里光场的硅基超表面,实现了对艾里光场传播轨迹的调控。提出了一种多功能复合超表面的设计方法,实现了双折射分束器和双焦点超透镜的设计。提出了实现巨大旋光并消除圆二色性的光场调控方法,并设计易加工的手性超表面进行验证。借助电子束光刻工艺,对上述设计的硅基超表面进行了加工。本论文的主要研究成果如下:1.研究了硅基超表面实现光场调控的物理机制。基于琼斯矩阵,给出了超表面实现偏振和位相调控的多种设计方法,分析了每种设计方法的调控特点和适用范围。结合时域有限差分的数值模拟手段,给出了获取纳米单元结构的琼斯矩阵的方法。2.采用几何位相的超表面光场调控手段,设计并加工了... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校

【文章页数】：109 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 超表面的简介
    1.2 超表面的电磁理论基础
        1.2.1 电模式的激发与调控
        1.2.2 磁模式的激发与调控
        1.2.3 惠更斯源与kerker条件
    1.3 超表面的应用
        1.3.1 分束器
        1.3.2 超透镜
        1.3.3 涡旋光
        1.3.4 全息
        1.3.5 特殊光场
    1.4 论文的主要内容
    参考文献
第2章 超表面设计的理论基础
    2.1 硅纳米结构的模式分析
    2.2 琼斯矩阵的介绍
    2.3 基于琼斯矩阵的位相调控
        2.3.1 共振位相
        2.3.2 几何位相
        2.3.3 共振位相和几何位相的结合
    2.4 基于琼斯矩阵的偏振调控
        2.4.1 矢量光场的生成
        2.4.2 手性结构的设计
    2.5 琼斯矩阵中矩阵元的获取方式
    2.6 本章小结
    参考文献
第3章 艾里光场超表面
    3.2 艾里光场的超表面设计
        3.2.1 艾里光场的设计方案
        3.2.2 附加梯度位相的艾里光场调控
    3.3 艾里光场的特性表征
        3.3.1 偏振特性表征
        3.3.2 自加速特性表征
        3.3.3 自恢复特性表征
        3.3.4 非衍射特性表征
        3.3.5 宽谱特性表征
    3.4 本章小结
    参考文献
第4章 多功能复用超表面
    4.1 单元结构的设计方法
    4.2 双折射分束器的设计
    4.3 双焦点超透镜的设计
    4.4 本章小结
    参考文献
第5章 旋光手性超表面
    5.1 旋光产生的理论分析
    5.2 光学设计
        5.2.1 结构设计
        5.2.2 模式分析
    5.3 结构加工和实验表征
    5.4 本章小结
    参考文献
第6章 超表面的微纳加工工艺
    6.1 镀膜工艺
        6.1.1 磁控溅射镀膜
        6.1.2 PECVD镀膜
        6.1.3 热蒸发镀膜
    6.2 光刻胶的介绍
    6.3 电子束曝光
    6.4 干法刻蚀
        6.4.1 电感耦合等离子体刻蚀工艺
        6.4.2 反应离子刻蚀工艺
    6.5 本章小结
    参考文献
第7章 总结与展望
    7.1 本论文主要研究成果
    7.2 展望
    参考文献
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
致谢



本文编号：3635101