金属螺旋圆偏振器的原理研究和优化设计

发布时间：2018-04-23 06:08

  本文选题：金属螺旋 + 圆偏振器　； 参考：《重庆大学》2015年硕士论文

【摘要】：随着现代社会的发展,圆偏振器作为光学领域中的重要偏振元器件,对其工作性能的要求越来越高。传统的圆偏振获取方法存在带宽窄、不易集成等缺点,因此对圆偏振器的优化设计具有重要意义。2009年,德国J.K.Gansel等人首先利用金属螺旋结构的电磁超材料,研制出圆偏振器,并获得了圆偏振光,但其研究集中在单螺旋结构。研究发现,金属螺旋圆偏振器的螺旋结构对其工作性能具有很大的影响,因此,论文研究希望通过优化金属螺旋圆偏振器的结构设计,从而获得具有更优良性能的圆偏振器。研究主要包括以下三个部分:首先研究分析了金属螺旋圆偏振器的工作原理。金属螺旋线栅与电磁波的相互作用十分复杂,论文主要根据螺旋天线理论,通过分析金属螺旋线栅的激励响应过程,从而获得金属螺旋圆偏振器能够实现圆偏振选择的原理。同时定性分析了其能够实现宽带频率响应的原因。其次研究总结了金属螺旋线栅的结构参数对金属螺旋圆偏振器工作性能的影响。研究工作以金属单螺旋圆偏振器为例,采用数值模拟的方法,分别研究了金属螺旋线栅的螺旋直径、螺旋圈数、螺旋节距、构建单元间距、螺旋线直径这五个结构参数的变化对器件的工作带宽和平均消光比等光学特性的影响,并归纳了它们之间的变化关系。最后提出了对金属螺旋圆偏振器的结构优化设计。对金属螺旋圆偏振器的优化设计主要包括对金属N螺旋结构的研究和对锥形金属螺旋结构的研究。首先,在前期对金属螺旋圆偏振器的工作原理和结构参数研究的基础上,提出了金属N螺旋结构的圆偏振器。分别研究了金属双、三、四螺旋结构的光学性能的差异,它们相比于金属单螺旋圆偏振器的工作性能都有一定的提升。另外,提出了一种锥形金属螺旋结构的圆偏振器,这种结构是在均匀不变的金属螺旋结构的基础上,通过逐渐减小金属螺旋的半径获得的。锥形金属螺旋结构的圆偏振器在很好地扩展了工作带宽的同时也使消光比有所提高。论文对金属螺旋结构参数的影响有了系统的研究成果,为以后金属螺旋圆偏振器的结构优化提供了指导依据及方向。另外,提出的金属N螺旋结构和锥形金属螺旋结构圆偏振器均实现了对器件工作性能的提升。
[Abstract]:With the development of modern society, circular polarizer, as an important polarizing component in the field of optics, requires more and more high performance. The traditional method of obtaining circular polarization has some disadvantages, such as narrow band and difficult integration, so it is of great significance to optimize the design of circular polarizer. In 2009, J.K.Gansel et al first developed a circular polarizer using electromagnetic supermaterial with metal helical structure. The circularly polarized light is obtained, but the research is focused on the single helix structure. It is found that the spiral structure of metal helical circular polarizer has great influence on its working performance. Therefore, this paper hopes to optimize the structure design of metal helical circular polarizer to obtain a circular polarizer with better performance. The research mainly includes the following three parts: firstly, the working principle of metal helical circular polarizer is analyzed. The interaction between metal helical grating and electromagnetic wave is very complex. According to the theory of spiral antenna, the principle that metal helical circular polarizer can realize circular polarization selection is obtained by analyzing the excitation response process of metal helical grating in this paper. At the same time, the reason why it can realize broadband frequency response is analyzed qualitatively. Secondly, the influence of the structure parameters of metal helical grating on the performance of metal helical circular polarizer is summarized. Taking the metal single helical circular polarizer as an example, the helical diameter, the number of spiral coils, the pitch of helical segments and the distance between the elements of the spiral grating are studied by numerical simulation. The influence of the helix diameter on the optical properties such as the operating bandwidth and the average extinction ratio of the device is discussed, and the relationship between them is summarized. Finally, the structure optimization design of metal helical circular polarizer is proposed. The optimization design of metal helical circular polarizer mainly includes the study of metal N helical structure and the conical metal helical structure. Firstly, on the basis of studying the working principle and structure parameters of metal helical circular polarizer, a circular polarizer with N helical structure is proposed. The differences of optical properties of metal double, three and four helical structures are studied respectively, and the performance of these structures is improved compared with that of metal single helical circular polarizers. In addition, a circular polarizer with conical metal helical structure is proposed, which is obtained by gradually reducing the radius of metal helix on the basis of uniform and invariant metal helical structure. The circular polarizer with conical metal helical structure not only expands the working bandwidth but also improves the extinction ratio. In this paper, the influence of metal helical structure parameters is systematically studied, which provides the guidance and direction for the structure optimization of metal helical circular polarizer in the future. In addition, both the metal N helical structure and the conical metal helical structure circular polarizer can improve the performance of the device.
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙国明;滕霖;陈平;汪锋;马海全;;光纤偏振器制作技术现状与发展趋势[J];航空精密制造技术;2010年01期

2 许福运;谭均明;;方解石单板退偏振器研究[J];山东建筑工程学院学报;1991年01期

3 钟迪生;高效红外反射偏振器的研究[J];红外与激光工程;1999年02期

4 褚金奎;王志文;张英杰;王寅龙;;多方向金属光栅偏振器及在偏振导航中的应用[J];光学精密工程;2012年10期

5 季家昒,冯莹;嵌入式质子交换光波导偏振器的制作及高消光比检测装置的研究[J];国防科技大学学报;1997年05期

6 孟凡涛;褚金奎;韩志涛;赵开春;;亚波长金属光栅偏振器设计[J];纳米技术与精密工程;2007年04期

7 ;水泥化学成分新的分析法[J];建筑材料工业;1961年08期

8 陈前荣,周金鹏;薄膜晶体管液晶显示器对空间光调制模式与偏振器方向的关系[J];国防科技大学学报;2003年01期

9 纪钟;;光学调整架讨论会在无锡县召开[J];中国激光;1984年12期

10 ;[J];;年期

相关会议论文 前3条

1 王卫华;邱怡申;陈智浩;;消色差复合圆偏振器的优化设计[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

2 严震;陈华;;一种可应用于光纤偏振模测试的单模光纤宽带偏振器[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议（OFCIO’2003）论文集[C];2003年

3 张立春;李清山;郑萌萌;吴福全;吕磊;王彩凤;齐红霞;;铜/多孔铝纳米有序阵列的近红外偏振特性研究[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集（E 光电子器件技术专题）[C];2006年

相关重要报纸文章 前1条

1 张巍巍;美开发出彩色等离子偏振器[N];科技日报;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 宋宝生;高性能三明治结构线栅偏振器的研究[D];南京大学;2013年

2 李彬;成像式仿生偏振导航装置的设计与开发[D];大连理工大学;2015年

3 陈金鹏;基于SPR原理的熔锥型光纤偏振器研究[D];黑龙江大学;2014年

4 张少先;基于SPR原理的D型光纤偏振器研究[D];黑龙江大学;2014年

5 纵婷;金属螺旋圆偏振器的原理研究和优化设计[D];重庆大学;2015年

6 余杨;螺旋金属线栅圆偏振器的研究[D];华中科技大学;2011年

7 袁玉霞;太赫兹波雷达偏振器的仿真研究[D];郑州大学;2009年

8 张娜;面向仿生微纳导航系统的偏振器研究[D];大连理工大学;2006年

9 金秋枫;近红外波段金属线栅偏振器的设计与制作[D];苏州大学;2013年

10 郭庆;金属光栅偏振器设计及其工艺仿真[D];大连理工大学;2009年

，

本文编号：1790759