基于超表面的光学器件设计及研制

发布时间：2021-12-12 01:46

　　相较于传统光学透镜,超透镜具有对光的可操纵性强、设计灵活和易于集成化等众多优点。传统光学依赖光路中逐渐积累的相位变化,而基于广义斯涅尔定律的超表面可以实现对电磁波相位、振幅和偏振的任意操控,促进了纳米光学的飞速发展。基于电介质的超表面具有透射率高和亚波长尺度高深宽比的特点,而PB相位可以通过旋转光轴实现对交叉圆偏振光的相位调控,有着单元设计相对简单,器件容易加工等优点。本文主要对两种机理的超表面进行理论和设计研究,并对平面超透镜的加工工艺进行了探索:1、基于电介质的消色差超透镜设计。探究了单个单元对光局部波前的调控作用,并通过有限时域差分（FDTD）进行了单元形状尺寸的设计。依据透镜的相位分布分别设计了两种波长的聚焦透镜,并通过组合的方式实现了两个波长的消色差透镜。通过仿真分析发现对设计波段都具有一定的消色差效果。2、基于PB相位等离子体超透镜设计。对PB相位调控圆偏振光进行了理论分析,探究了矩形孔单元对转换效率的影响以及矩形孔旋转角对交叉偏振光所携带PB相位的关系。依据透镜的相位分布设计了聚焦透镜,基于FDTD的仿真计算表明超透镜的焦距与设计值偏差约为2.5%,焦点半高宽（FWHM）... 

【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】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１左手超材料（ＬＨＭ）样品的照片

?第一章绪论???相交处，从Ａ到Ｂ有蓝色和红色两条光路，当入射光为平面波时，假设这两条??光路无限接近实际的光路，那么他们之间的相位差为零，因此超表面需要提供ｄｄ＞??的相位突变。所以只要沿着界面引入适当的不连续的相位梯度，折射光束的方向??可以是任意的。??Ａ＼＾??图１．２用来推导广义斯涅尔折射定律的原理图【７］??不同于之前的学者们使用复杂的超材料实现，他们提出的是如何通过巧妙的??谐振器设计实现介质的界面上的相位梯度改变。光学谐振器发射和入射之间的相??移在谐振过程中有很明显的变化，可以通过对阵列中的谐振器的几何形状和频率??响应进行空间裁剪来实现所需要的沿着界面的不连续梯度相位，并最终选择了金??纳米棒构成的Ｖ形天线，如图１．３所示。为了实现对波前的完全控制，Ｖ形纳米??ｙ?＇／｜?（?Ｉ?＼?＾?＾?＾??Ｚ?各备?＇■＊?吻、％?１?Ｉ?？?ｐ??４〇?１?｜￣一—不一．?ｒ?一＇?１??Ｉ—＾??〇?ｒ／８?ｒ／４?３ｒ７８?ｒ／２?ｓｒ／８?３ｒ／４?７ｒ／８??ｘ??图１．３圆柱形截面的金棒组成的Ｖ形纳米天线阵列构成的超表面Ｉ７］??天线需要能够提供〇到２７１范围的相移，同时保持散射的振幅较大，因此他们使??用了?Ｖ形天线的双共振特性。首先他们对不同长度和不同角度的金纳米棒所调??４??

?第一章绪论???相交处，从Ａ到Ｂ有蓝色和红色两条光路，当入射光为平面波时，假设这两条??光路无限接近实际的光路，那么他们之间的相位差为零，因此超表面需要提供ｄｄ＞??的相位突变。所以只要沿着界面引入适当的不连续的相位梯度，折射光束的方向??可以是任意的。??Ａ＼＾??图１．２用来推导广义斯涅尔折射定律的原理图【７］??不同于之前的学者们使用复杂的超材料实现，他们提出的是如何通过巧妙的??谐振器设计实现介质的界面上的相位梯度改变。光学谐振器发射和入射之间的相??移在谐振过程中有很明显的变化，可以通过对阵列中的谐振器的几何形状和频率??响应进行空间裁剪来实现所需要的沿着界面的不连续梯度相位，并最终选择了金??纳米棒构成的Ｖ形天线，如图１．３所示。为了实现对波前的完全控制，Ｖ形纳米??ｙ?＇／｜?（?Ｉ?＼?＾?＾?＾??Ｚ?各备?＇■＊?吻、％?１?Ｉ?？?ｐ??４〇?１?｜￣一—不一．?ｒ?一＇?１??Ｉ—＾??〇?ｒ／８?ｒ／４?３ｒ７８?ｒ／２?ｓｒ／８?３ｒ／４?７ｒ／８??ｘ??图１．３圆柱形截面的金棒组成的Ｖ形纳米天线阵列构成的超表面Ｉ７］??天线需要能够提供〇到２７１范围的相移，同时保持散射的振幅较大，因此他们使??用了?Ｖ形天线的双共振特性。首先他们对不同长度和不同角度的金纳米棒所调??４??


本文编号：3535774