光學超表面是由亞波長尺度的單元結構,組成的有序二維平面周期性結構。通過對結構與光場的散射作用,實現(xiàn)對光場的振幅,位相和偏振的精確調控。相比于傳統(tǒng)的光學元件,超表面具有結構簡單、設計方便、易加工、損耗小等突出特點,在光場調控和光場生成等方面有著重要的應用價值,在集成光學和光學器件方面有著特有的優(yōu)越性。本論文旨在充分發(fā)揮超表面在光場調控中的巨大優(yōu)勢,圍繞硅基超表面的設計、加工以及其光場調控中的物理原理、光學特性進行細致的研究。設計了高效生成艾里光場的硅基超表面,實現(xiàn)了對艾里光場傳播軌跡的調控。提出了一種多功能復合超表面的設計方法,實現(xiàn)了雙折射分束器和雙焦點超透鏡的設計。提出了實現(xiàn)巨大旋光并消除圓二色性的光場調控方法,并設計易加工的手性超表面進行驗證。借助電子束光刻工藝,對上述設計的硅基超表面進行了加工。本論文的主要研究成果如下:1.研究了硅基超表面實現(xiàn)光場調控的物理機制�；诃偹咕仃�,給出了超表面實現(xiàn)偏振和位相調控的多種設計方法,分析了每種設計方法的調控特點和適用范圍。結合時域有限差分的數(shù)值模擬手段,給出了獲取納米單元結構的瓊斯矩陣的方法。2.采用幾何位相的超表面光場調控手段,設計并加工了... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 超表面的簡介
    1.2 超表面的電磁理論基礎
        1.2.1 電模式的激發(fā)與調控
        1.2.2 磁模式的激發(fā)與調控
        1.2.3 惠更斯源與kerker條件
    1.3 超表面的應用
        1.3.1 分束器
        1.3.2 超透鏡
        1.3.3 渦旋光
        1.3.4 全息
        1.3.5 特殊光場
    1.4 論文的主要內容
    參考文獻
第2章 超表面設計的理論基礎
    2.1 硅納米結構的模式分析
    2.2 瓊斯矩陣的介紹
    2.3 基于瓊斯矩陣的位相調控
        2.3.1 共振位相
        2.3.2 幾何位相
        2.3.3 共振位相和幾何位相的結合
    2.4 基于瓊斯矩陣的偏振調控
        2.4.1 矢量光場的生成
        2.4.2 手性結構的設計
    2.5 瓊斯矩陣中矩陣元的獲取方式
    2.6 本章小結
    參考文獻
第3章 艾里光場超表面
    3.2 艾里光場的超表面設計
        3.2.1 艾里光場的設計方案
        3.2.2 附加梯度位相的艾里光場調控
    3.3 艾里光場的特性表征
        3.3.1 偏振特性表征
        3.3.2 自加速特性表征
        3.3.3 自恢復特性表征
        3.3.4 非衍射特性表征
        3.3.5 寬譜特性表征
    3.4 本章小結
    參考文獻
第4章 多功能復用超表面
    4.1 單元結構的設計方法
    4.2 雙折射分束器的設計
    4.3 雙焦點超透鏡的設計
    4.4 本章小結
    參考文獻
第5章 旋光手性超表面
    5.1 旋光產(chǎn)生的理論分析
    5.2 光學設計
        5.2.1 結構設計
        5.2.2 模式分析
    5.3 結構加工和實驗表征
    5.4 本章小結
    參考文獻
第6章 超表面的微納加工工藝
    6.1 鍍膜工藝
        6.1.1 磁控濺射鍍膜
        6.1.2 PECVD鍍膜
        6.1.3 熱蒸發(fā)鍍膜
    6.2 光刻膠的介紹
    6.3 電子束曝光
    6.4 干法刻蝕
        6.4.1 電感耦合等離子體刻蝕工藝
        6.4.2 反應離子刻蝕工藝
    6.5 本章小結
    參考文獻
第7章 總結與展望
    7.1 本論文主要研究成果
    7.2 展望
    參考文獻
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果
致謝



本文編號：3635101