信息科技的迅速發(fā)展讓這個世界日新月異,人類智慧的結(jié)晶滲透于生產(chǎn)生活的方方面面,而各類光電信息設(shè)備也正一步步趨向于一體化,微型化,集成化。對于光學(xué)器件而言,從原先的龐大笨重,到不斷突破傳統(tǒng)工藝和物理極限,一些超越自然材料性質(zhì)的人為設(shè)計納米亞波長微結(jié)構(gòu)—超表面應(yīng)運而生。超表面,一定意義上可以稱之為超材料的二維形式,它憑借自己獨特的優(yōu)勢,成為相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點。傳統(tǒng)的均勻介質(zhì)透鏡,通常利用其特殊的球面結(jié)構(gòu)對出射的電磁波進行操控。超表面透鏡巧妙地融合了超表面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢于透鏡,使透鏡的研究進入了一個嶄新的階段。與金屬天線超表面透鏡相比,介質(zhì)超表面透鏡在光學(xué)波段有更好的光學(xué)特性,具有更小的歐姆損耗,更具有優(yōu)越性。本文主要在圓偏振光學(xué)的前提下,基于不同材料、不同形狀的納米天線結(jié)構(gòu),設(shè)計了不同光學(xué)波段、不同應(yīng)用場景的介質(zhì)超表面透鏡,具體研究內(nèi)容如下:1.利用矩形硅納米天線,通過高度變化對相位進行調(diào)控設(shè)計了一種工作在近紅外波段的透射型全介質(zhì)超表面透鏡�；谥C振相位理論,改變硅納米天線的幾何參數(shù),在^950nm入射波長下實現(xiàn)了矩形硅納米天線超表面透鏡結(jié)構(gòu)的有效聚焦。經(jīng)過驗證,這種結(jié)構(gòu)在... 

【文章來源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

V型金屬天線設(shè)計的超表面(a)負折射率超表面，(b)渦旋相位板[39]

1緒論4次利用V型納米天線實現(xiàn)了對波前的靈活控制，成功完成線極化入射波到高質(zhì)量圓極化入射波的轉(zhuǎn)換[40]。所設(shè)計的四分之一波片經(jīng)實驗驗證，能夠在5μm—12μm波長范圍內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換程度大于0.97的圓偏振光波。成功將理論與實驗相結(jié)合，印證了通過控制光學(xué)納米天線陣列，可以實現(xiàn)對光波波前的隨意調(diào)控。與之前所設(shè)計的基于等離子體波片相比較，在性能上有了重大進步。同年，臺灣大學(xué)的SunSL研究團隊利用長方體納米結(jié)構(gòu)微單元，設(shè)計了一種三層反射式超表面結(jié)構(gòu)[41]，對入射光波和出射光波之間的異常反射行為進行了研究和分析。這種結(jié)構(gòu)與透射結(jié)構(gòu)相比，是在襯底底部添加了一層金屬結(jié)構(gòu)，光波通過時，會在金屬結(jié)構(gòu)和襯底之間形成諧振腔。金屬材料對光的透射極小，故而使反射效率得到有效提高。該研究采用長度各異的長方形金屬納米柱陣列構(gòu)成相位梯度分布，制成了工作在850nm波長條件下的反射超表面。圖1.2(a)基于等離子超表面的四分之一波片[40]，(b)高效率寬帶異常反射超表面的三層反射式陣列[41]最初，光全息技術(shù)一方面利用物體光和參考光的彼此干涉來得到圖片中的信息，另一方面也可以利用計算全息來實現(xiàn)相同目的，最后在空間光調(diào)制器里記錄提取的相位和幅度等信息。2013年，英國伯明翰大學(xué)的研究團隊通過金屬棒納米天線設(shè)計透射型超表面[42]，實現(xiàn)了與空間光調(diào)制器同樣的功能，將圖像信息通過三維全息顯示出來,如下圖所示。這種結(jié)構(gòu)是基于幾何相位原理設(shè)計的，將金屬納米棒狀天線進行不同角度的旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)相應(yīng)的相位值。不同的單元構(gòu)成陣列實現(xiàn)對出射波波前的有效控制。該超表面結(jié)構(gòu)在一定程度上能夠?qū)Χ嘀匮苌浼壌蔚某霈F(xiàn)進行避免，繼而改善成像質(zhì)量。

1緒論5圖1.3全息結(jié)構(gòu)和圖像重構(gòu)進程[42]偏振態(tài)是電磁波傳播和計算過程中的一個關(guān)鍵參量，也是其本身的重要特性之一。研究表明，超表面產(chǎn)生人工雙折射的能力是比較出眾的。通過改變方向，可以形成自由選擇的不同空間折射率，在寬帶譜中的透射效率可高達97%。2013年，NathanielK.Grady及其研究團隊利用金屬線納米結(jié)構(gòu)在太赫茲波段實現(xiàn)了一種具有寬帶特性且高效的偏振轉(zhuǎn)換器件[43]。在0.8THz~1.36THz波段，該結(jié)構(gòu)在反射狀態(tài)下能有效完成正交偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換，其效率可達80%左右。同時，對于0.52THz~1.82THz波段的電磁波，利用該結(jié)構(gòu)透射形式設(shè)計的超表面也可實現(xiàn)偏振態(tài)的正交變換，效率高于50%。圖1.4太赫茲波段偏振轉(zhuǎn)換器[43](a)晶胞示意圖，(b)仿真結(jié)果

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于介質(zhì)超表面的徑向偏振貝塞爾透鏡[J]. 陳俊妍,張飛,張明,蔡吉祥,歐奕,喻洪麟.  光電工程. 2018(11)
[2]單層超薄高效圓極化超表面透鏡[J]. 郭文龍,王光明,李海鵬,侯海生.  物理學(xué)報. 2016(07)

碩士論文
[1]全息光子準(zhǔn)晶納米腔和濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能研究[D]. 任杰.鄭州大學(xué) 2018



本文編號：3088770