全息顯示是一種真三維顯示技術,是最具有吸引力的顯示技術之一。然而,目前廣泛應用在全息顯示系統(tǒng)中的核心光學元件尺寸偏大。人工電磁超表面（Metasurface）是超材料的二維形式,是一種由亞波長結構尺寸的各向異性的二維天線陣列組成的平面器件。超表面器件的尺寸優(yōu)勢和靈活的光場調(diào)制功能,可滿足廣角全息顯示系統(tǒng)的全息光學元件的超輕、薄需求。本論文主要嘗試將超表面器件應用在顯示技術領域。首先研究了一種基于傳輸相位型超表面設計的具有偏振獨立特性的光束偏折器件。設計得到振幅均等且相位延遲間隔相差45°的八個U形硅納米天線單元,通過理論推導和模擬仿真驗證其偏振獨立特性;在此基礎上,設計了光束偏折器件,驗證其對線偏振光和圓偏振光的偏折效果的一致性,分析得到工作波長和晶胞單元長度對器件的光束偏折性能以及偏振獨立性的影響。研究了一種基于紅、綠、藍三基色的硅天線的幾何相位型超表面器件。幾何相位型超表面具有消色差的相位調(diào)制功能,硅介質結構在具有在可見光波段的低損耗特性,通過模擬仿真,優(yōu)化結構參數(shù),獲得了三種不同尺寸的超表面單元結構,并且抑制非工作波段附近的響應�；诠杼炀�超表面單元的研究結果,設計了基于廣角成像... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）V形天線對稱軸與入射光極化方向成逆時針45°時對稱模式與反對稱模式示意圖

有不同天線結構的傳輸相位型超表面（a）H 形天線超表面（b）方磚形型超表面通過控制天線結構的光軸方向實現(xiàn)光場調(diào)控，其相位調(diào)控原理相位型超表面時，由于超表面的天線陣列具有快軸方向 θ 隨空間變化的載了一個與空間方向相關的幾何相位。1956 年，Pancharatnam[48]指出某球表面沿某一路徑后的相位改變是閉合路徑對應立體角的一半；1984 年象并首次提出幾何相位，因此幾何相位又被稱為 Pancharatnam-Berry 相位調(diào)控，具有寬帶消色差性質，可以在寬帶工作。2015 年，武漢大學鄭層-金屬天線陣列結構（又稱 MIM 結構）的反射式幾何相位型超表面實如圖 1-6（a）所示。因為金屬薄膜可以阻擋可見光和紅外光的透過，因較高的衍射效率（600nm-1400nm 波段窗口效率超過 50%；波長 825nm表面單元相當于半波片，可以將入射的圓偏振光轉化為反射的交叉極陣列旋轉角度，并且在此過程中引入幾何相位，相位調(diào)控覆蓋 0~2π。

圖 1-2 具有不同天線結構的傳輸相位型超表面（a）H 形天線超表面（b）方磚形天線超表面幾何相位型超表面通過控制天線結構的光軸方向實現(xiàn)光場調(diào)控，其相位調(diào)控原理是：當圓偏振光入射到幾何相位型超表面時，由于超表面的天線陣列具有快軸方向 θ 隨空間變化的半波片性質，出射的光波加載了一個與空間方向相關的幾何相位。1956 年，Pancharatnam[48]指出某偏振狀態(tài)的電磁波在龐加萊球表面沿某一路徑后的相位改變是閉合路徑對應立體角的一半；1984 年，Berry[49]重新研究了此現(xiàn)象并首次提出幾何相位，因此幾何相位又被稱為 Pancharatnam-Berry 相位。幾何相位型超表面的相位調(diào)控，具有寬帶消色差性質，可以在寬帶工作。2015 年，武漢大學鄭國興[28]基于金屬薄膜-介質層-金屬天線陣列結構（又稱 MIM 結構）的反射式幾何相位型超表面實現(xiàn)了高效率的全息成像，如圖 1-6（a）所示。因為金屬薄膜可以阻擋可見光和紅外光的透過，因而可以在很寬的波段內(nèi)實現(xiàn)較高的衍射效率（600nm-1400nm 波段窗口效率超過 50%；波長 825nm 處，效率最大可達 80%）。超表面單元相當于半波片，可以將入射的圓偏振光轉化為反射的交叉極化圓偏振光，利用控制天線陣列旋轉角度，并且在此過程中引入幾何相位，相位調(diào)控覆蓋 0~2π。


本文編號：3326581