人工微结构材料平板透镜设计及光学特性研究

发布时间：2021-05-13 17:37

　　随着人类文明的发展与科学的进步,人们对体积轻薄、性能优越的便携式或易穿戴的光学设备或系统的需求与日俱增,这大大提升了对光学平面元件的要求。然而,基于衍射光学和薄膜光学的平面元件其功能有限、单一且难以集成,难以满足应用需求。人工微结构材料平板透镜因具有可在微纳尺寸控制光束传输的特点,已成为微纳光学的研究热点。目前有关人工微结构材料平板透镜的研究主要围绕聚焦或成像质量进行优化,其尺寸或性能往往难以满足在无损检测、复杂光波调控等方面的应用。本文针对人工微结构材料平板透镜的应用需求和目前该类平板透镜难以满足无损检测等特殊领域的应用的矛盾,在人工微结构平板透镜设计及光学特性方面开展了一些研究工作,主要工作如下:1.设计了一种大物距超分辨率平板透镜并研究了其成像特性。首先,利用负折射理论研究了梯度等效介质（GEM）平板透镜的成像,研究结果表明GEM平板透镜能突破物距限制。然后,基于对GEM成像特性的分析,我们通过等频面理论设计了一种梯度光子晶体（GPC）平板透镜。该GPC平板透镜能在2d到5d物距范围内突破衍射极限,实现超分辨率成像,5d物距下分辨率可达0.4λ。此外,该平板透镜还具有像点尺寸（半... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 人工微结构材料概述
    1.2 人工微结构材料平板透镜概述
    1.3 人工微结构材料平板透镜的研究现状
        1.3.1 超材料平板透镜的研究现状
        1.3.2 光子晶体平板透镜的研究现状
        1.3.3 超表面平板透镜的研究现状
    1.4 本文选题意义和主要研究内容
第2章 大物距超分辨梯度光子晶体平板透镜
    2.1 引言
    2.2 光子晶体能带理论
    2.3 光子晶体中的等频面理论
        2.3.1 普通均匀介质中的斯奈尔定律和等频面理论
        2.3.2 光子晶体中的等频面理论
    2.4 普通光子晶体平板透镜的物距限制
        2.4.1 均匀等效介质平板透镜与普通光子晶体平板透镜的等效
        2.4.2 均匀等效介质平板透镜的成像物距限制
    2.5 梯度等效介质平板透镜的大物距点光源成像
        2.5.1 梯度等效介质平板透镜的理论模型
        2.5.2 梯度等效介质平板透镜的大物距超分辨点光源成像
    2.6 梯度光子晶体平板透镜的大物距超分辨点光源成像
        2.6.1 梯度光子晶体平板透镜与梯度等效介质平板透镜的等效
        2.6.2 梯度光子晶体平板透镜的大物距超分辨成像
        2.6.3 梯度光子晶体平板透镜的离轴成像
    2.7 本章小结
第3章 双层超表面平板透镜的光学非对称传输和近无旁瓣亚波长聚焦
    3.1 引言
    3.2 广义斯奈尔定律
    3.3 双层超表面平板透镜的非对称传输
        3.3.1 超表面的设计
        3.3.2 双层超表面平板透镜的非对称传输
    3.4 双层超表面平板透镜的非对称聚焦
        3.4.1 非对称聚焦的设计理论
        3.4.2 双层超表面平板透镜的非对称聚焦
    3.5 双层超表面平板透镜的近无旁瓣亚波长非对称聚焦
        3.5.1 双层超表面平板透镜非对称聚焦设计理论优化
        3.5.2 双层超表面平板透镜的近无旁瓣亚波长非对称聚焦
    3.6 本章小结
第四章 总结与展望
    4.1 总结
    4.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文及所获奖励


【参考文献】：
期刊论文
[1]Multi-band imaging and focusing of photonic crystal flat lens with scatterer-size gradient[J]. 岑源,谢建斓,刘建军.  Chinese Optics Letters. 2019(08)
[2]广义斯奈尔定律与声超表面[J]. 朱一凡,梁彬,程建春.  应用声学. 2018(01)
[3]推导广义的反射定律和折射定律的两种方法[J]. 韩璐,王兆娜.  大学物理. 2013(03)

博士论文
[1]光子晶体中的负折射现象和各向异性圆形光学微腔的模式特性分析[D]. 康学亮.中国科学技术大学 2010
[2]超常介质的电磁特性及其应用研究[D]. 张辉.国防科学技术大学 2009
[3]用右手、左手材料制成的光子晶体的光学特性的研究[D]. 翦知渐.湖南大学 2007



本文编号：3184438