宽光谱超透镜的设计制备及表征

发布时间：2021-08-05 04:30

　　随着各种人工智能、便携式设备、虚拟现实、增强现实等新型视觉系统的不断涌现,光学系统朝着微型化、功能化、集成化方向发展。而传统光学元件通过光在传播方向的逐渐积累对光的波前进行调控,受其组成材料属性（折射率或介电常数等）的限制,调控的自由度小,并且元件尺寸大而不易集成,大大限制了其在集成光学系统中的应用。近年来,随着微纳加工技术与纳米光子器件的迅速发展,出现了一种新型的波前调控元件—光学超表面（Metasurfaces）。光学超表面（或称超构表面）是一种由超原子或超分子构成、结构尺寸在亚波长范围的二维纳米结构,利用纳米结构与界面存在的相位突变以及亚波长厚度对波前调控自由度大的特点和优势操控电磁波,实现不同的功能,包括光学隐身、涡旋光等奇异光场、全息和透镜等。它不仅能实现传统光学元件功能,而且体积小、制备与半导体工艺兼容,同时对波前的调控自由度更大,具有非常广阔的应用潜力和前景。尽管国内外已开展诸多超表面相关研究,但截至目前基于超表面的光学元件在可见光波段宽光谱效应不明显或效率偏低,而可见光波段光学元件的应用又十分广泛,因此开展可见光波段超表面的宽光谱调控研究,实现超表面的高效宽光谱波前调控... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

1 超表面隐身图

1第1章绪论1.1选题背景及研究的目的和意义光学元件广泛应用于各类光学仪器和系统中，在国民经济的各个领域扮演着不可或缺的角色。传统的光学元件是基于斯涅耳定律(Snell’sLaw)即光的折射和反射定律[1]，入射光的振幅、相位和偏振态的改变是沿着光程方向的逐渐累积[2-3]。光的调控受到光学材料属性的限制，光传播的路径需要远大于光的波长。随着光学技术的发展，常规的体光学元件已经不能满足使用要求，亟待平面光学元件的发展。近年来，随着微纳加工技术的迅速发展，出现了一种新型的波前调控元件——光学超表面(Metasurfaces)，为光的波前调控提供了更大的空间[4-7]。超表面是一种由超原子或超分子组成，横向尺寸和厚度均在亚波长范围的二维纳米结构。超表面在两种界面处的相位突变保证其在亚波长尺度范围能够任意调控光的波前，不仅可实现常规光学元件的功能，代替传统光学元器件，还因其与半导体工艺兼容的制备工艺在快速发展的平面集成光学领域扮演重要的角色[8]。灵活的波前调控方式使得光学超表面迅速成为了研究的热点，开启了平面光学的时代。已开展的光学超表面研究主要集中在奇异光场的构建[9]，如隐身[10]、涡旋光场[11]、全息[12-15]、透镜[16-17]等功能，图1.1至图1.4为已实现不同功能的超表面器件。光学超表面在两种材料界面处的相位突变特性也使得其在构建平面光学元件方面独具优势，有着广泛的应用潜力。但是，光学超表面应用面临的一个问题是波长响应光谱带宽不够宽以及调控效率偏低。图1.1超表面隐身图图1.2涡旋光图1.3超表面全息图图1.4超透镜

1第1章绪论1.1选题背景及研究的目的和意义光学元件广泛应用于各类光学仪器和系统中，在国民经济的各个领域扮演着不可或缺的角色。传统的光学元件是基于斯涅耳定律(Snell’sLaw)即光的折射和反射定律[1]，入射光的振幅、相位和偏振态的改变是沿着光程方向的逐渐累积[2-3]。光的调控受到光学材料属性的限制，光传播的路径需要远大于光的波长。随着光学技术的发展，常规的体光学元件已经不能满足使用要求，亟待平面光学元件的发展。近年来，随着微纳加工技术的迅速发展，出现了一种新型的波前调控元件——光学超表面(Metasurfaces)，为光的波前调控提供了更大的空间[4-7]。超表面是一种由超原子或超分子组成，横向尺寸和厚度均在亚波长范围的二维纳米结构。超表面在两种界面处的相位突变保证其在亚波长尺度范围能够任意调控光的波前，不仅可实现常规光学元件的功能，代替传统光学元器件，还因其与半导体工艺兼容的制备工艺在快速发展的平面集成光学领域扮演重要的角色[8]。灵活的波前调控方式使得光学超表面迅速成为了研究的热点，开启了平面光学的时代。已开展的光学超表面研究主要集中在奇异光场的构建[9]，如隐身[10]、涡旋光场[11]、全息[12-15]、透镜[16-17]等功能，图1.1至图1.4为已实现不同功能的超表面器件。光学超表面在两种材料界面处的相位突变特性也使得其在构建平面光学元件方面独具优势，有着广泛的应用潜力。但是，光学超表面应用面临的一个问题是波长响应光谱带宽不够宽以及调控效率偏低。图1.1超表面隐身图图1.2涡旋光图1.3超表面全息图图1.4超透镜


本文编号：3323071