基于电介质超表面实现中红外消色差光学器件研究

发布时间：2023-05-10 20:19

　　超表面是由周期性的亚波长单元结构组成的,其有着自然材料所不具备的超常电磁特性,从而引起人们的广泛关注。通过调控亚波长单元结构可以实现奇特的色散特性,从而突破传统定律的限制,实现各种消色差器件。本文基于介质超表面,在中红外波段提出了针对不同偏振态的消色差器件,分别是:消色差超透镜和偏转器,并理论分析了相应器件的性能。本文的研究内容如下:(1)提出一种基于介质超表面的圆偏振消色差原理,并实现了两种消色差器件,即超透镜和偏转器。其单元结构为低折射率材料氟化钙(Ca F2)基底上放置着高折射率材料硅(Si)矩形块。研究发现,垂直入射时,优化硅矩形块的尺寸参数(包括长、宽和高)产生多个波导共振,可以实现多个补偿相位。我们通过使用几何相位和传播相位分别满足聚焦(偏转)相位和补偿相位,从而保证实现聚集(偏转)的同时抑制色差。由于中红外波段有着巨大的潜在应用价值,比如用于通信和分子探测等,我们选取了中红外波段3.7-4.5μm作为工作带宽。仿真结果表明,该消色差器件能将带宽内的波长几乎都聚焦到同一点或偏转到同一角度上,验证了其能很好地抑制色差效应。(2)提出一种基于介质超表面的偏振非依赖消色差原理,并...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景与研究意义
    1.2 超表面的研究进展
        1.2.1 高效相位控制
        1.2.2 相位和偏振的同时控制
        1.2.3 色散控制
    1.3 研究内容和章节分布
    1.4 本章小结
第二章 超表面理论基础和数值仿真方法
    2.1 引言
    2.2 广义斯涅尔定律
    2.3 传播相位和Pancharatnam-Berry相位(几何相位)
    2.4 超透镜原理
    2.5 数值仿真方法
    2.6 本章小结
第三章 基于介质超表面的中红外圆偏振消色差器件
    3.1 引言
    3.2 消色差理论分析
    3.3 消色差器件设计
        3.3.1 消色差超透镜结构设计与仿真
        3.3.2 消色差偏转器的设计与仿真
    3.4 本章小结
第四章 基于介质超表面的中红外偏振非依赖消色差器件
    4.1 引言
    4.2 偏振不敏感的消色差原理
    4.3 偏振不敏感宽带消色差超透镜的仿真结果
    4.4 偏振不敏感宽带消色差axilens的设计
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3813442