面向超透镜的干涉光场多参量分时调控原理
发布时间：2021-07-17 14:10
超透镜因易于小型化、集成化,具有替代传统透镜的广阔应用前景。而超透镜的制备严重依赖于电子束光刻方法,制备效率低且运行成本昂贵,难以实现大幅面超透镜的快速制备,严重阻碍了超透镜的推广应用。本文提出了空间光阑与位相光学元件联合调制的傅立叶变换光学系统,并根据傅立叶变换性质、几何光线传播原理分析了系统成像面的干涉光场输出特性;分析了空间光阑分时变化、位相光学元件相对运动时,系统成像面干涉光场的变化规律。在此基础上,明晰了成像面干涉光场的动态生成原理,实现了干涉光场分布区域、结构参量的实时调控,为空间变参量微纳结构的快速制备提供理论基础。针对基于Pancharatnam-Berry位相原理的超透镜,设计了圆与环空间分布下的变参量光栅结构,利用上述干涉光场的生成与调控原理,推导得到透光光阑的形状与尺寸以及位相光学元件的结构分布与相对运动。实验制备所设计的光阑与位相光学元件,并将其置于傅立叶变换光学系统中,通过四次分时曝光,制备了“一圆+三环”的空间变参量超透镜结构,其空间分布形状与尺寸以及内部填充光栅取向、周期等参数的测量值与设计一致。在此基础上,将上述傅立叶变换光学系统与双远心光路、成像物镜相...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３双层等离子体超表面
面向超透镜的干涉光场多参量分时调控原理?第一章绪论??ＨＨ?９ＢＨ?ＨＨＨ??ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ?ＣＰ?鑛蘇海??＾?ＨＩ?－?ＨＨ??？，灣欠ｒ咖抽??ｆ．“ａｓＭｍ?ｚ＾Ｚｉｖｍ?ｒ，＞Ｓ４１ｉ＞ｍ?ｔ．－ＭＳｐｍ??（ａ）?（ｈ）??图１．２?３Ｄ图像的全息与再现。（ａ）全息图结构；（ｂ）通过超表面进行３Ｄ全息的实??验研究??针对超表面在可见光下的低效率在实际应用中的局限性，２０１６年，新加坡国立大??学的Ｆｅｉ?Ｑｉｎ等人提出了一种在可见光波长下工作的双层等离子体超表面｜１６１，如图１．３??（ａ）所示，其基本结构由两个分离的等离子体激元层组成，通过将基于纳米天线的??超表面与其互补的巴比涅反转复制耦合而得。图１．３?（ｂ）表明，这种耦合的双层超表??面得到１７％的转换效率，明显大于单层的转换效率，并且消光比大于ＯｄＢ意味着异常??折射在传输响应中占主导地位。该发现表明金属表面可以像电介质表面那样有效地操??纵可见光，这种混合双层设计是超薄的（约为Ａ／６），它能够在宽带宽上有效地操纵??可见光，并ＥＬ可以通过简单的纳米加工工艺实现。??■?Ａ?—?ｃ…一＜？，一０??丨擎：拿??＾Ｊｇｒ??（ａ）?（ｂ）??图１．３双层等离子体超表面。（ａ）双层超表面结构的．１：作原理；（ｂ）双层等离子??体超表面性能??３??
第一章绪论?面向超透镜的干涉光场多参量分时调控原理??２０１９年，南京航空航天大学Ｑｉｍｉｎｇ?Ｙｕ等人设计了一种用于透镜天线的宽带发??射聚焦梯度超表面（ＦＧＭＳ）。ＦＧＭＳ的元件由三层电介质和四层金属层组成，结构??及模拟的聚焦效果如图１．４所示，可以在宽工作频段内实现高发射效率和充分相位补??偿。将天线置于ＦＧＭＳ的焦点，构建宽带平面透镜天线系统。仿真结果表明，该透镜??的增益为１５．６ｄＢｉ，比９．１ＧＨＺ的裸贴片天线高８．４４ｄＢ。此外，它还将裸贴片天线的??增益从８．２?ＧＨｚ提高到了?１０?ＧＨｚ１１７１。??ＳＢ畀??口＿翳??（ａ）?（ｂ）??图１．４宽带发射聚焦梯度超表面。（ａ）?ＦＧＭＳ的结构；（ｂ）模拟的聚焦效果??事实证明，超表面可以对光束进行调控以展现出奇特的效果，从而在全息、异常??折射、自旋霍尔效应、超透镜、波片、非线性光学等领域实现了空前突破。??１．１．２超透镜及其研究进展??超透镜是超表面在相位调控领域的一个重要应用１１８１，与传统透镜相比，超透镜具??有轻雹易集成和光能利用率高等特点，不仅可以突破衍射极限的限制，并且有望取??代传统光学设备中笨重而复杂的透镜组，使手机镜头、眼镜和虚拟现实等硬件都变得??非常轻薄３超透镜有很多的分类方式，例如按照其材料可以分为金属型超透镜与介质??型超透镜；按照其设计机理可分为传输型相位超透镜与几何相位超透镜。许多学者对??于用于光学聚焦的超表面透镜的设计与制备展开了许多的研究。??２００３年以色列理工学院的ＥｒｅｚＨａｓｍａｎ等人基于Ｂｅｒｒｙ位相的原理提出了一种聚焦??超透镜｜１９１，在砷化镓（ＧａＡｓ）基片表面制作变周期变取向的一维
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于傅里叶分析的超表面多维光场调控[J]. 杨渤,程化,陈树琪,田建国. 光学学报. 2019(01)
[2]超表面相位调控原理及应用[J]. 李雄,马晓亮,罗先刚. 光电工程. 2017(03)
[3]“光场调控、传输及其应用”专题前言[J]. 赵建林,蔡阳健. 光学学报. 2016(10)
[4]激光脉冲整形在微纳光学系统中的应用研究进展[J]. 褚赛赛,李洪云,王树峰,杨宏,龚旗煌. 光学学报. 2016(10)
[5]激光相干性调控及应用[J]. 陈亚红,蔡阳健. 光学学报. 2016(10)
[6]基于光取向液晶的光场调控技术[J]. 陈鹏,徐然,胡伟,陆延青. 光学学报. 2016(10)
[7]涡旋光场的集成光子学操控方法[J]. 余思远. 光学学报. 2016(10)
[8]亚波长微纳光学的前沿研究(一)[J]. 庄松林,王琦,朱亦鸣,耿滔,张大伟. 自然杂志. 2012(04)
本文编号：3288325
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３双层等离子体超表面
面向超透镜的干涉光场多参量分时调控原理?第一章绪论??ＨＨ?９ＢＨ?ＨＨＨ??ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ?ＣＰ?鑛蘇海??＾?ＨＩ?－?ＨＨ??？，灣欠ｒ咖抽??ｆ．“ａｓＭｍ?ｚ＾Ｚｉｖｍ?ｒ，＞Ｓ４１ｉ＞ｍ?ｔ．－ＭＳｐｍ??（ａ）?（ｈ）??图１．２?３Ｄ图像的全息与再现。（ａ）全息图结构；（ｂ）通过超表面进行３Ｄ全息的实??验研究??针对超表面在可见光下的低效率在实际应用中的局限性，２０１６年，新加坡国立大??学的Ｆｅｉ?Ｑｉｎ等人提出了一种在可见光波长下工作的双层等离子体超表面｜１６１，如图１．３??（ａ）所示，其基本结构由两个分离的等离子体激元层组成，通过将基于纳米天线的??超表面与其互补的巴比涅反转复制耦合而得。图１．３?（ｂ）表明，这种耦合的双层超表??面得到１７％的转换效率，明显大于单层的转换效率，并且消光比大于ＯｄＢ意味着异常??折射在传输响应中占主导地位。该发现表明金属表面可以像电介质表面那样有效地操??纵可见光，这种混合双层设计是超薄的（约为Ａ／６），它能够在宽带宽上有效地操纵??可见光，并ＥＬ可以通过简单的纳米加工工艺实现。??■?Ａ?—?ｃ…一＜？，一０??丨擎：拿??＾Ｊｇｒ??（ａ）?（ｂ）??图１．３双层等离子体超表面。（ａ）双层超表面结构的．１：作原理；（ｂ）双层等离子??体超表面性能??３??
第一章绪论?面向超透镜的干涉光场多参量分时调控原理??２０１９年，南京航空航天大学Ｑｉｍｉｎｇ?Ｙｕ等人设计了一种用于透镜天线的宽带发??射聚焦梯度超表面（ＦＧＭＳ）。ＦＧＭＳ的元件由三层电介质和四层金属层组成，结构??及模拟的聚焦效果如图１．４所示，可以在宽工作频段内实现高发射效率和充分相位补??偿。将天线置于ＦＧＭＳ的焦点，构建宽带平面透镜天线系统。仿真结果表明，该透镜??的增益为１５．６ｄＢｉ，比９．１ＧＨＺ的裸贴片天线高８．４４ｄＢ。此外，它还将裸贴片天线的??增益从８．２?ＧＨｚ提高到了?１０?ＧＨｚ１１７１。??ＳＢ畀??口＿翳??（ａ）?（ｂ）??图１．４宽带发射聚焦梯度超表面。（ａ）?ＦＧＭＳ的结构；（ｂ）模拟的聚焦效果??事实证明，超表面可以对光束进行调控以展现出奇特的效果，从而在全息、异常??折射、自旋霍尔效应、超透镜、波片、非线性光学等领域实现了空前突破。??１．１．２超透镜及其研究进展??超透镜是超表面在相位调控领域的一个重要应用１１８１，与传统透镜相比，超透镜具??有轻雹易集成和光能利用率高等特点，不仅可以突破衍射极限的限制，并且有望取??代传统光学设备中笨重而复杂的透镜组，使手机镜头、眼镜和虚拟现实等硬件都变得??非常轻薄３超透镜有很多的分类方式，例如按照其材料可以分为金属型超透镜与介质??型超透镜；按照其设计机理可分为传输型相位超透镜与几何相位超透镜。许多学者对??于用于光学聚焦的超表面透镜的设计与制备展开了许多的研究。??２００３年以色列理工学院的ＥｒｅｚＨａｓｍａｎ等人基于Ｂｅｒｒｙ位相的原理提出了一种聚焦??超透镜｜１９１，在砷化镓（ＧａＡｓ）基片表面制作变周期变取向的一维
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于傅里叶分析的超表面多维光场调控[J]. 杨渤,程化,陈树琪,田建国. 光学学报. 2019(01)
[2]超表面相位调控原理及应用[J]. 李雄,马晓亮,罗先刚. 光电工程. 2017(03)
[3]“光场调控、传输及其应用”专题前言[J]. 赵建林,蔡阳健. 光学学报. 2016(10)
[4]激光脉冲整形在微纳光学系统中的应用研究进展[J]. 褚赛赛,李洪云,王树峰,杨宏,龚旗煌. 光学学报. 2016(10)
[5]激光相干性调控及应用[J]. 陈亚红,蔡阳健. 光学学报. 2016(10)
[6]基于光取向液晶的光场调控技术[J]. 陈鹏,徐然,胡伟,陆延青. 光学学报. 2016(10)
[7]涡旋光场的集成光子学操控方法[J]. 余思远. 光学学报. 2016(10)
[8]亚波长微纳光学的前沿研究(一)[J]. 庄松林,王琦,朱亦鸣,耿滔,张大伟. 自然杂志. 2012(04)
本文编号：3288325
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