【摘要】：信息技術(shù)的變革深刻影響著人們的工作、生活乃至思想觀念。當(dāng)前信息的載體主要是電子和光子,隨著電子集成芯片技術(shù)越來越接近發(fā)展的極限,摩爾定律正受到越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時(shí)隨著信息量的增加,人們對通信速度和容量提出了更高的要求,考慮到光子可作為最快速的信息載體,因而光子芯片技術(shù)受到人們越來越多的關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)光子集成,人們提出了各種各樣的微納光子體系,例如:光子晶體、金屬表面等離激元、超材料與超表面等。另一方面,為了突破現(xiàn)有框架,實(shí)現(xiàn)更好的光子集成技術(shù),一部分理論學(xué)者從基礎(chǔ)物理原理出發(fā),提出了變換光學(xué)的設(shè)計(jì)方法。通常情況下,光在平直時(shí)空中沿著直線傳播,在非均勻介質(zhì)中沿著曲線傳播。而根據(jù)愛因斯坦廣義相對論,光子在彎曲時(shí)空的軌跡也是彎曲的�；谶@種相似性,人們提出了在微結(jié)構(gòu)材料中通過模擬彎曲時(shí)空來控制光子的傳播,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種變換光學(xué)器件。變換光學(xué)自提出之后,經(jīng)過這些年的發(fā)展,已經(jīng)成為調(diào)控電磁波傳播的重要方法,并獲得了廣泛的共識。作為變換光學(xué)的分支理論,共形變換光學(xué)(Conformal Transformation Optics:CTO)正逐漸受到人們更多的關(guān)注,因?yàn)楣残巫儞Q光學(xué)僅要求材料非均勻和各向同性,實(shí)現(xiàn)起來比較容易,因此相對于傳統(tǒng)變換光學(xué)具有一定優(yōu)勢。雖然共形變換光學(xué)具有很多新穎的理論設(shè)計(jì),但在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上卻面臨很大的挑戰(zhàn),到目前共形變換光學(xué)實(shí)驗(yàn)上的工作不是很多,尤其是可見光頻段工作少之又少。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是:采用聚合物薄膜的自組裝技術(shù)和顯微熒光測量技術(shù),在共形變換光學(xué)的結(jié)構(gòu)制備和實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)上取得了突破,在光學(xué)波段成功實(shí)現(xiàn)了共形變換光學(xué)結(jié)構(gòu),并演示了幾種特定功能的共形器件。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1、利用共形變換光學(xué)設(shè)計(jì)方法,在物理空間中獲得了 Mikaelian透鏡,并運(yùn)用漸變波導(dǎo)技術(shù)加工制備出該器件。緊接著在實(shí)驗(yàn)上演示了光線的自聚焦特性和光場干涉現(xiàn)象-Talbot效應(yīng),通過進(jìn)一步研究,證明該器件在數(shù)據(jù)編碼傳輸方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。2、基于變換光學(xué)設(shè)計(jì)理論,通過控制聚合物薄膜波導(dǎo)的厚度實(shí)現(xiàn)了模擬重力場的分布,在模擬重力場區(qū)觀察到高斯光束轉(zhuǎn)變?yōu)榱税锕馐?在整個(gè)樣品區(qū)觀察到高斯光束和艾里光束間的可逆演化,最后運(yùn)用朗道方法定量解釋了模擬重力場區(qū)艾里光束的產(chǎn)生。3、通過共形變換設(shè)計(jì)了不同類型的測地線透鏡,理論上得到了光線閉合軌跡和光波演化,并得到其頻譜是簡并和等距的。實(shí)驗(yàn)上證明了紡錘體測地線透鏡和圓球測地線透鏡曲面上光線傳播形成閉合的軌跡。作為上述實(shí)驗(yàn)延伸部分,我們介紹了基于嵌入圖的研究進(jìn)展和已經(jīng)取得的其他彎曲波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)成果。
【圖文】：

肩：＿逡逑圖１．１變換光學(xué)示意圖ｔｌ］。ａ原坐標(biāo)系下場線（紅色）。ｂ新坐標(biāo)系下場線（紅色）。黑色逡逑網(wǎng)格代表空間特性：ａ自由空間，ｂ扭曲空間。逡逑以達(dá)到新空間相同的光線傳播。如圖１．１所示，給出了變換光學(xué)理論的空間變換逡逑示意圖。圖１．１ａ展示初始坐標(biāo)自由空間（黑色網(wǎng)格）和相應(yīng)的場線（紅線），當(dāng)逡逑對原空間進(jìn)行扭曲操作后就可得圖１．１ｂ所示彎曲空間（黑色網(wǎng)格），而依附于空逡逑間的場線（紅線）也發(fā)生相應(yīng)的變化，沿曲線傳播，且兩空間中光線的光程是相逡逑等的。如果我們在實(shí)驗(yàn)室能夠制備出與彎曲空間相對應(yīng)的材料，那么我們就能對逡逑電磁波的傳播進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。逡逑－腿－[椋駑搴牛哄義希海海哄澹殄鍠蝀4＾逡逑：藤簿逡逑Ｌｒ邋ＩＸ邋ｔ邐＜？？？逡逑圖１．２典型的隱身斗篷的示意圖［１］［３７］。ａ光（黃線）在自由空間中傳播。ｂ光（黃線）逡逑在扭曲空間中傳播，紅色圓圈內(nèi)為隱身區(qū)域。ｃ三維隱身斗篷示意圖。逡逑３逡逑

逡逑肩：＿逡逑圖１．１變換光學(xué)示意圖ｔｌ］。ａ原坐標(biāo)系下場線（紅色）。ｂ新坐標(biāo)系下場線（紅色）。黑色逡逑網(wǎng)格代表空間特性：ａ自由空間，ｂ扭曲空間。逡逑以達(dá)到新空間相同的光線傳播。如圖１．１所示，給出了變換光學(xué)理論的空間變換逡逑示意圖。圖１．１ａ展示初始坐標(biāo)自由空間（黑色網(wǎng)格）和相應(yīng)的場線（紅線），當(dāng)逡逑對原空間進(jìn)行扭曲操作后就可得圖１．１ｂ所示彎曲空間（黑色網(wǎng)格），而依附于空逡逑間的場線（紅線）也發(fā)生相應(yīng)的變化，沿曲線傳播，且兩空間中光線的光程是相逡逑等的。如果我們在實(shí)驗(yàn)室能夠制備出與彎曲空間相對應(yīng)的材料，那么我們就能對逡逑電磁波的傳播進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。逡逑－腿－[椋駑搴牛哄義希海海哄澹殄鍠蝀4＾逡逑：藤簿逡逑Ｌｒ邋ＩＸ邋ｔ邐＜？？？逡逑圖１．２典型的隱身斗篷的示意圖［１］［３７］。ａ光（黃線）在自由空間中傳播。ｂ光（黃線）逡逑在扭曲空間中傳播，紅色圓圈內(nèi)為隱身區(qū)域。ｃ三維隱身斗篷示意圖。逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O43

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號：2698395