【摘要】：本文研究目標(biāo)是設(shè)計一款長波紅外平板透鏡,它工作在8~14μm波段,具有高透過率、小型化、低成本和易制備的優(yōu)點。目前大約有三種主流的方法可以實現(xiàn)平板透鏡:菲涅爾透鏡、漸變折射率透鏡和超材料平板透鏡。經(jīng)過調(diào)研分析后發(fā)現(xiàn),菲涅爾透鏡和折射率漸變透鏡存在透過率低和制備困難的缺點,不能滿足項目的需求。超材料平板透鏡依賴亞波長尺度的光學(xué)諧振腔的性質(zhì),理論上可實現(xiàn)對入射光波前的任意控制,透鏡因此可以做到小型化和平板化。其中,電介質(zhì)超材料平板透鏡具有較高的透過率,在8~14μm紅外波段可使用廉價的硅材料來制備,同時還可使用目前較為成熟的ICP刻蝕技術(shù)。電介質(zhì)超材料平板透鏡對外界電磁波的響應(yīng)可通過研究其微納結(jié)構(gòu)單元得到。針對電介質(zhì)超材料平板透鏡的微納結(jié)構(gòu)單元,本文使用了CST軟件對其進(jìn)行仿真分析,仿真中入射光的波長設(shè)置為8~14μm。根據(jù)仿真結(jié)果來看,在中心波長10μm處,體硅結(jié)構(gòu)的透過率較高,很多都在70%以上,同時相位調(diào)控范圍在300°以上,能很好地滿足項目對40%以上透過率的要求。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)相位變化平滑和小縱橫比的篩選標(biāo)準(zhǔn),我們得到了體硅結(jié)構(gòu)的一組最佳數(shù)據(jù)。有了微納結(jié)構(gòu)單元的最佳數(shù)據(jù)之后,本文給出了電介質(zhì)超材料平板透鏡的設(shè)計方案,該方案將透鏡分為中心區(qū)域和外圍區(qū)域。中心區(qū)域使用了傳統(tǒng)的雙曲面型相位分布的設(shè)計,外圍區(qū)域利用一階光柵的原理設(shè)計了多組偏轉(zhuǎn)器,每組偏轉(zhuǎn)器對入射光的相位調(diào)控范圍是0~2π。本文還在設(shè)計方案中進(jìn)行了誤差分析,證實了在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)足夠精確以及圓周方向上柱子的數(shù)量足夠多時,誤差可忽略不計。最后我們給出了電介質(zhì)超材料平板透鏡的樣品設(shè)計參數(shù),理論上該透鏡在中心波長10μm處的透過率在70%以上。本文研究的電介質(zhì)超材料平板透鏡的創(chuàng)新點為:雖然前人有做過可見光、太赫茲以及近紅外等波段的研究,但關(guān)于8~14μm波段的電介質(zhì)超材料平板透鏡的研究尚屬新的領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH74;TN219
【圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文有關(guān)，光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，漸變折射率透鏡可以在平板化的同時逐樣的聚焦特性。超材料通過特殊設(shè)計的統(tǒng)光學(xué)透鏡通過改變透鏡厚度來對入射可以很好地實現(xiàn)超薄特性和平板化。射面的輪廓決定了鏡頭的聚焦特性，不對成像性能影響很小。如圖 1-1，從截面列不同傾斜角的斜面構(gòu)成的。正視圖角度圈呈同心圓樣式分布的椎體。離透鏡中心幾乎與水平面平行；相反，離透鏡中心越低的透鏡[6]。每個斜面的角度都微調(diào)以校

鏡折射面的輪廓決定了鏡頭的聚焦特性，不考積對成像性能影響很小。如圖 1-1，從截面形系列不同傾斜角的斜面構(gòu)成的。正視圖角度看圈圈呈同心圓樣式分布的椎體。離透鏡中心越面幾乎與水平面平行；相反，離透鏡中心越遠(yuǎn)很低的透鏡[6]。每個斜面的角度都微調(diào)以校正圖 1-1 菲涅爾透鏡的表面結(jié)構(gòu)

第一章 緒論被提高到了 40.4%。如圖 1-2(c)，理想情徑的連續(xù)函數(shù)，這就是相位菲涅爾透鏡。況下，所有入射光的能量應(yīng)該直接衍射到制進(jìn)一步提高到 100%。從文中的實驗結(jié)涅爾透鏡能夠達(dá)到最大理論衍射效率 98程取決于很多因素，有些因素是可控的，度，然而大量的因素只能在有限意義上進(jìn)制這樣的投射光刻設(shè)備參數(shù)，工藝公差也些過程使灰度光刻技術(shù)從一個實驗室到每個實驗室在環(huán)境和設(shè)備上都有些許變化

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2806205