發(fā)布時(shí)間：2020-06-25 22:48

【摘要】：超表面是一種由亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的二維新型材料。一方面,其具有超輕超薄的性質(zhì),有望替代傳統(tǒng)材料實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件的小型化、輕型化。另一方面,超表面能在亞波長(zhǎng)尺度進(jìn)行電磁波的相位、振幅和偏振調(diào)控,可以人為設(shè)計(jì)和控制對(duì)特定波長(zhǎng)、偏振的電磁響應(yīng),利用超表面可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)器件難以實(shí)現(xiàn)的功能,在器件的集成化上也有著無(wú)與倫比的潛力。自超表面提出以來(lái),已成功實(shí)現(xiàn)了包括對(duì)光束整形和控制、特殊光束產(chǎn)生、全息復(fù)現(xiàn)等多種功能,在成像、探測(cè)、光譜、加工等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。然而,超表面大面積加工問(wèn)題、電磁損耗、色差等仍是超表面進(jìn)一步應(yīng)用的主要限制因素。本論文中主要針對(duì)超表面的色差特性進(jìn)行了研究。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究小組提出了一些對(duì)超表面的色散、色差的控制和補(bǔ)償?shù)姆椒�。由于波長(zhǎng)的離散化,共振對(duì)入射角等參數(shù)的苛刻要求等問(wèn)題,這些方法仍然難以解決超表面在成像、通信等領(lǐng)域中應(yīng)用的實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)超表面的色散特性以及色差問(wèn)題,本論文展開(kāi)了基于超表面色散特性和色差調(diào)控的研究,論文研究?jī)?nèi)容主要包括:1、設(shè)計(jì)了一種工作在太赫茲波段的偏振無(wú)關(guān)的超表面,通過(guò)微透鏡陣列激光加工方法快速高效地加工實(shí)現(xiàn)了基于PEN柔性基底的超表面帶阻濾波器,實(shí)驗(yàn)表征得到單層和級(jí)聯(lián)帶阻濾波的帶寬分別為0.291THz和0.461THz。通過(guò)數(shù)值模擬和理論分析,厘清了單元結(jié)構(gòu)之間相互的耦合效應(yīng)與單元結(jié)構(gòu)的振幅色散特性之間的關(guān)系,為不同帶寬的相關(guān)器件設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。2、提出了一種利用材料色散和結(jié)構(gòu)色散相互補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)消色差平面光學(xué)器件的設(shè)計(jì)方法,建立了以金屬-絕緣體-金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的消色差數(shù)理模型,詳細(xì)分析了超表面和傳統(tǒng)光學(xué)中消色差設(shè)計(jì)的異同,通過(guò)理論計(jì)算和數(shù)值仿真實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)從1μm至2μm的連續(xù)超寬帶消色差偏折和聚焦超表面器件。3、利用偶極子光天線的無(wú)色散相位調(diào)控性質(zhì)結(jié)合多波長(zhǎng)離軸照明技術(shù),實(shí)現(xiàn)了超表面彩色全息。通過(guò)空間頻譜控制實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了二維和三維彩色圖像的高質(zhì)量復(fù)現(xiàn)。該方法實(shí)現(xiàn)了超表面空間頻譜的充分利用,展現(xiàn)了超表面在空間頻譜操控上傳統(tǒng)光學(xué)器件難以企及的優(yōu)勢(shì)。4、提出了利用超表面的色散性質(zhì)和偏振響應(yīng)性質(zhì),建立可實(shí)現(xiàn)軌道角動(dòng)量、波長(zhǎng)和偏振同時(shí)分離與合束的超表面器件的理論模型,通過(guò)單個(gè)超表面實(shí)現(xiàn)了空分復(fù)用、波分復(fù)用和偏振復(fù)用的集成。通過(guò)模擬仿真和初步試驗(yàn),驗(yàn)證了該器件的復(fù)用與解復(fù)用功能。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN713;TN929.1
【圖文】：

多波長(zhǎng)及寬帶超表面色散特性研究獲得衛(wèi)星用輕量化的微波天線透鏡，研究了相應(yīng)的人工介電質(zhì)[7]。1967 年，前蘇聯(lián)物理學(xué)家 V.G. Veselago 發(fā)表了探究介質(zhì)與光波中的磁場(chǎng)分量相互作用問(wèn)題的論文，指出根據(jù)介電常數(shù)（ε）和磁導(dǎo)率（μ）的符號(hào) (正或負(fù)) 標(biāo)定不同的介質(zhì)，首次從理論上研究了雙負(fù)材料——即介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為負(fù)的材料（ε<0和μ<0），他給出麥克斯韋方程的解，并說(shuō)明介質(zhì)的折射率為負(fù)值，稱之為左手材料，后來(lái)也被稱為負(fù)折射率材料[8]。但由于自然界中在任何波段都不存在這種天然的左手材料。盡管可見(jiàn)光波段的介電常數(shù)和微波段的磁導(dǎo)率可能為負(fù)，但是沒(méi)有“雙負(fù)”材料的存在，該理論研究成果在之后的 30 多年沒(méi)有引起廣泛關(guān)注，甚至還受到質(zhì)疑。導(dǎo)致這 30 多年里，關(guān)于左手材料的研究幾乎沒(méi)有獲得進(jìn)展[9]。

光線在 x-z 平面內(nèi)從一個(gè)與 x 軸角度成θi入射時(shí)，廣義折射定律可( ) ( )( ) ( )001 dsin sind1 dcos sindt t i it t tn nk xnk yφθ θφθ = = 義反射定律可以被表述為：( ) ( )( ) ( )001 dsin sind1 dcos sindi r i ii r rn nk xnk yφθ θφθ = = ni和 nt分別為入射（反射）空間和出射空間折射率，θt和θr分別為角， 為超表面的相位分布。通過(guò)相位排布可以實(shí)現(xiàn)對(duì)透射和反方向進(jìn)行調(diào)制，用于光學(xué)器件的設(shè)計(jì)時(shí)，僅僅通過(guò)一個(gè)超薄表面光束偏折、聚焦等功能。

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2 周文俊;相移法測(cè)量單模光纖色散特性的探討[J];電子學(xué)報(bào);1988年01期

3 廖承恩;蒲國(guó)勝;;微帶線色散特性的有限元分析[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);1988年03期

4 戎敖生,李嗣范;屏蔽平面?zhèn)鬏斁�的色散特性分析[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1989年04期

5 尋培玨;用譜域?qū)Э狗ㄓ?jì)算鰭線的色散特性[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);1989年02期

6 姜正權(quán);;ESI光纖參數(shù)在單模光纖色散特性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J];電線電纜;1989年05期

7 李斌穎;安紅明;王念慈;;屏蔽微帶線寬頻域色散特性[J];微波學(xué)報(bào);1989年03期

8 楊靜;施偉華;;新型雙模光子晶體光纖的平坦色散特性分析[J];光通信研究;2016年06期

9 宋昭遠(yuǎn);高艷東;劉兆倫;倪正華;李曙光;侯藍(lán)田;劉曉東;;具有奇異色散特性的光子晶體光纖[J];材料導(dǎo)報(bào);2004年09期

10 杜海龍;楊樹(shù);;微結(jié)構(gòu)光纖800nm處的色散特性研究[J];棗莊學(xué)院學(xué)報(bào);2013年02期

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2 齊俊璇;文雙春;;含負(fù)折射率材料的一維光子晶體的色散特性[A];全國(guó)第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

3 耿慧;熊飛;劉洋;胡威;;微結(jié)構(gòu)光纖的色散特性及其最新進(jìn)展[A];2012電力行業(yè)信息化年會(huì)優(yōu)秀論文專輯[C];2012年

4 曹苗苗;劉文鑫;王勇;李科;;介質(zhì)填充開(kāi)放式金屬光柵周期結(jié)構(gòu)的色散特性分析[A];中國(guó)電子學(xué)會(huì)真空電子學(xué)分會(huì)第十九屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2013年

5 喬嘉;丁榮林;高宏礁;;帶調(diào)諧隔板耦合微帶線色散特性的直線法分析[A];1999年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集(上冊(cè))[C];1999年

6 栗巖鋒;王子涵;胡明列;王清月;;光子晶體光纖色散特性的研究[A];大珩先生九十華誕文集暨中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

7 盧山;丁榮林;;微帶線色散特性的直線法研究[A];2001年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2001年

8 徐善駕;寇學(xué)坤;劉健;;多層平板介質(zhì)光柵色散特性的數(shù)值分析[A];1997年全國(guó)微波會(huì)議論文集(下冊(cè))[C];1997年

9 顧凱鈞;王蘊(yùn)儀;;用直線法分析圓柱微帶的色散特性[A];1989年全國(guó)微波會(huì)議論文集（上）[C];1989年

10 趙林新;楊梓強(qiáng);梁正;;圓柱慢波結(jié)構(gòu)色散特性研究[A];中國(guó)電子學(xué)會(huì)真空電子學(xué)分會(huì)——第十四屆年會(huì)論文集[C];2004年

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2 成都 新興 編;各種波長(zhǎng)區(qū)數(shù)據(jù)的利用[N];電子報(bào);2015年

3 本報(bào)記者 榮鈺;月餅與波長(zhǎng)出租[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2001年

4 ;OFS和LUXN率先推出1400nm波長(zhǎng)設(shè)備[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2002年

5 聞;思科ONS 15200實(shí)現(xiàn)“波長(zhǎng)到大樓”[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2001年

6 ;非零色散位移單模光纖制備技術(shù)[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

7 王嵐;ROADM電域功能有待升級(jí)[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2007年

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1 李陽(yáng);多波長(zhǎng)及寬帶超表面色散特性研究[D];中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所;2017年

2 張靜;波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中的路由與波長(zhǎng)分配問(wèn)題研究[D];重慶大學(xué);2014年

3 何榮希;WDM光網(wǎng)絡(luò)中基于約束的動(dòng)態(tài)選路和波長(zhǎng)分配算法研究[D];電子科技大學(xué);2002年

4 王天鶴;精細(xì)多波長(zhǎng)光源及連續(xù)光頻率梳的研究[D];天津大學(xué);2015年

5 李素萍;電磁波在左手材料平板波導(dǎo)中的傳輸[D];上海大學(xué);2009年

6 陳韻;近紅外無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量——基準(zhǔn)波長(zhǎng)浮動(dòng)基準(zhǔn)法的研究[D];天津大學(xué);2009年

7 熊小慶;長(zhǎng)波長(zhǎng)熒光素衍生物的合成和性能研究[D];大連理工大學(xué);2014年

8 夏丹青;用于眼底光凝的全固態(tài)多波長(zhǎng)激光器研究[D];華中科技大學(xué);2012年

9 韓丙辰;多波長(zhǎng)全光3R再生及全光邏輯關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];天津大學(xué);2010年

10 宋相中;近紅外光譜定量分析中三種新型波長(zhǎng)選擇方法研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

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1 劉小明;光子晶體光纖色散特性的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

2 賀菲;微環(huán)諧振器陣列的色散特性分析[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2008年

3 武勁青;微結(jié)構(gòu)光纖的色散特性分析[D];山西大學(xué);2005年

4 李鵬沖;基于微結(jié)構(gòu)光纖的近零色散特性的理論研究和光纖設(shè)計(jì)[D];燕山大學(xué);2016年

5 郭麗霞;復(fù)合六邊形格點(diǎn)光子晶體光纖的色散特性分析[D];山西大學(xué);2007年

6 譚曉玲;光子晶體光纖模場(chǎng)分布與色散特性的研究[D];鄭州大學(xué);2006年

7 何靜;光子晶體光纖的色散特性分析及高雙折射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D];解放軍信息工程大學(xué);2007年

8 常沛勇;注入填充物的光子晶體光纖的色散特性分析[D];蘭州大學(xué);2007年

9 胡頡;光子晶體光纖色散特性的研究[D];北京交通大學(xué);2008年

10 王紅華;幾種色散補(bǔ)償光子晶體光纖的色散特性研究[D];山西大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2729433