【摘要】：色散存在于幾乎所有的光學系統(tǒng)之中,是評測光學系統(tǒng)功能性的至關重要的參數(shù)之一,因此色散的控制一直是一個經(jīng)久不衰的研究課題。傳統(tǒng)光學器件通常依賴于沿光路逐漸累積的相位差,來調(diào)制光波的波前。然而所使用的天然材料,其光學特性受限于本身的粒子能級,可調(diào)性非常小,這導致設計出光學器件體積大、形狀多樣、不易集成。因此,即使傳統(tǒng)色散控制手段已經(jīng)非常成熟,傳統(tǒng)光學器件仍然無法滿足現(xiàn)今對超薄、超輕、便攜器件的追求。近年來,由于在微納光操控以及片上納米光子器件集成等領域的非凡表現(xiàn),超表面成為了一個萬眾矚目的研究熱點。因其超輕、超薄以及電磁特性可調(diào)控的特點,有望突破傳統(tǒng)光學器件的局限性,成為新一代的光學器件。超構表面(即超表面)是一種人工制造的二維亞波長結構陣列平面,通過亞波長結構與光波的相互作用,在亞波長的距離上對光波施以振幅、相位以及偏振態(tài)的調(diào)制,從而達到電磁特性可調(diào)控的目的。因其超輕、超薄、便攜等特點,受到極大的關注,經(jīng)歷飛速發(fā)展后,已在諸如三維光束偏折、平面透鏡、特殊光束生成、隱身斗篷、全息成像等諸多領域中,被證明所擁有的卓越性能。然而在實際應用中,由于損耗高、加工誤差、色散等缺點,超表面器件的發(fā)展受到了嚴重限制。因此,本文針對這些限制中至關重要的色散問題進行了研究討論,提出了兩個關于超表面透鏡的色散控制方案,主要工作包括:1.提出了一種多波長的色散獨立操控方法:改變亞波長結構的幾何形狀來調(diào)制振幅,改變亞波長結構的方位角來調(diào)制相位,利用P-B相位的寬波帶特性,將振幅調(diào)控與相位調(diào)控分開。不同的亞波長結構獨立控制不同的波長,將這些亞波長結構交錯排布,以實現(xiàn)多波長的色散獨立操控。利用這一方法,設計出了5個應用于可見光波段不同功能的色散控制超透鏡,分別實現(xiàn)了消色散、軸上超大色散以及離軸超大色散這些功能。2.提出了寬帶連續(xù)的色散控制器件優(yōu)化方案:通過引入一個波長相關的相位參數(shù),為波前調(diào)控帶來了新的思考維度,使得亞波長結構本身的色散與光波在空間中傳播產(chǎn)生的色散相互補償,實現(xiàn)寬帶的色散控制。以粒子群優(yōu)化算法代替手動亞波長結構優(yōu)化方法,大大減小了人工的結構優(yōu)化工作量�；谖矬w對入射光偏振態(tài)的敏感性,設計了一系列可應用于中紅外大氣窗口偏振無關與偏振相關的色散控制超透鏡,為進一步展開偏振成像技術打下基礎。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O436
【圖文】：

第 1 章 緒論用機理。由于光與亞波長尺寸結構之間的相態(tài)的突變，許多傳統(tǒng)的光學理論將被改寫，—斯涅耳定理。工國家重點實驗室的羅先剛小組[83]介紹了出了可應用于超表面器件的折射與反射公式折射與反射。而后，2011 年哈佛大學的 Na耳定理這一概念。最后，羅先剛小組于 201反射光學理論。

射空間的折射率。由此，廣義的斯涅耳定理可寫作0t t i idsin( ) -sin( )2 dxn n 0riidsin( )-sin( )2 n dx 后者為反射定理。理，擴展到三維空間中的斯涅耳定理[13]可以寫作： 001 dsin sind1 dcos sindt t i it t tn nk xnk y 001 dsin sind1 dcos sindi r i ii r rn nk xnk y

圖 1.3 渦旋光束螺旋相位及環(huán)狀振幅[90]Figure 1.3 The phase and amplitude of optica學的 Nanfang Yu 等人[23]利用金屬的 V 型如圖 1.4（Ⅰ）所示。左圖（A）是超表圖。超表面由八個區(qū)域組成，每個區(qū)域由產(chǎn)生從 0 到 2π變化的相移響應，由此得實際測量與理想的渦旋光束遠場強度。由渦旋光束和共同傳播高斯光束的相F）分別為測量的和理想的情況。當兩者會產(chǎn)生錯位條紋，（G）跟（H）分別為科技大學的 Jinwei Zeng 等人[91]利用 C

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

1 蒲明博;王長濤;王彥欽;羅先剛;;衍射極限尺度下的亞波長電磁學[J];物理學報;2017年14期

2 Minghui Hong;;Metasurface wave in planar nano-photonics[J];Science Bulletin;2016年02期

3 LUO XianGang;;Principles of electromagnetic waves in metasurfaces[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2015年09期

4 汪逸群;高志良;;成像光譜儀復合色散棱鏡支撐設計與試驗[J];紅外與激光工程;2014年06期

5 范晉祥;楊建宇;;紅外成像探測技術發(fā)展趨勢分析[J];紅外與激光工程;2012年12期

6 吳云虎;沈為民;;折射-衍射混合消色差顯微物鏡的光學設計[J];揚州大學學報(自然科學版);2010年01期

7 蔡毅;胡旭;;短波紅外成像技術及其軍事應用[J];紅外與激光工程;2006年06期

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1 陳志婷;渦旋光束的特性研究[D];燕山大學;2013年

本文編號：2777236