本文選題：金屬螺旋 + 圓偏振器��； 參考：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展,圓偏振器作為光學(xué)領(lǐng)域中的重要偏振元器件,對(duì)其工作性能的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的圓偏振獲取方法存在帶寬窄、不易集成等缺點(diǎn),因此對(duì)圓偏振器的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。2009年,德國(guó)J.K.Gansel等人首先利用金屬螺旋結(jié)構(gòu)的電磁超材料,研制出圓偏振器,并獲得了圓偏振光,但其研究集中在單螺旋結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn),金屬螺旋圓偏振器的螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)其工作性能具有很大的影響,因此,論文研究希望通過(guò)優(yōu)化金屬螺旋圓偏振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從而獲得具有更優(yōu)良性能的圓偏振器。研究主要包括以下三個(gè)部分:首先研究分析了金屬螺旋圓偏振器的工作原理。金屬螺旋線(xiàn)柵與電磁波的相互作用十分復(fù)雜,論文主要根據(jù)螺旋天線(xiàn)理論,通過(guò)分析金屬螺旋線(xiàn)柵的激勵(lì)響應(yīng)過(guò)程,從而獲得金屬螺旋圓偏振器能夠?qū)崿F(xiàn)圓偏振選擇的原理。同時(shí)定性分析了其能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶頻率響應(yīng)的原因。其次研究總結(jié)了金屬螺旋線(xiàn)柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)金屬螺旋圓偏振器工作性能的影響。研究工作以金屬單螺旋圓偏振器為例,采用數(shù)值模擬的方法,分別研究了金屬螺旋線(xiàn)柵的螺旋直徑、螺旋圈數(shù)、螺旋節(jié)距、構(gòu)建單元間距、螺旋線(xiàn)直徑這五個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)器件的工作帶寬和平均消光比等光學(xué)特性的影響,并歸納了它們之間的變化關(guān)系。最后提出了對(duì)金屬螺旋圓偏振器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)金屬螺旋圓偏振器的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括對(duì)金屬N螺旋結(jié)構(gòu)的研究和對(duì)錐形金屬螺旋結(jié)構(gòu)的研究。首先,在前期對(duì)金屬螺旋圓偏振器的工作原理和結(jié)構(gòu)參數(shù)研究的基礎(chǔ)上,提出了金屬N螺旋結(jié)構(gòu)的圓偏振器。分別研究了金屬雙、三、四螺旋結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能的差異,它們相比于金屬單螺旋圓偏振器的工作性能都有一定的提升。另外,提出了一種錐形金屬螺旋結(jié)構(gòu)的圓偏振器,這種結(jié)構(gòu)是在均勻不變的金屬螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,通過(guò)逐漸減小金屬螺旋的半徑獲得的。錐形金屬螺旋結(jié)構(gòu)的圓偏振器在很好地?cái)U(kuò)展了工作帶寬的同時(shí)也使消光比有所提高。論文對(duì)金屬螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響有了系統(tǒng)的研究成果,為以后金屬螺旋圓偏振器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了指導(dǎo)依據(jù)及方向。另外,提出的金屬N螺旋結(jié)構(gòu)和錐形金屬螺旋結(jié)構(gòu)圓偏振器均實(shí)現(xiàn)了對(duì)器件工作性能的提升。
[Abstract]:With the development of modern society, circular polarizer, as an important polarizing component in the field of optics, requires more and more high performance. The traditional method of obtaining circular polarization has some disadvantages, such as narrow band and difficult integration, so it is of great significance to optimize the design of circular polarizer. In 2009, J.K.Gansel et al first developed a circular polarizer using electromagnetic supermaterial with metal helical structure. The circularly polarized light is obtained, but the research is focused on the single helix structure. It is found that the spiral structure of metal helical circular polarizer has great influence on its working performance. Therefore, this paper hopes to optimize the structure design of metal helical circular polarizer to obtain a circular polarizer with better performance. The research mainly includes the following three parts: firstly, the working principle of metal helical circular polarizer is analyzed. The interaction between metal helical grating and electromagnetic wave is very complex. According to the theory of spiral antenna, the principle that metal helical circular polarizer can realize circular polarization selection is obtained by analyzing the excitation response process of metal helical grating in this paper. At the same time, the reason why it can realize broadband frequency response is analyzed qualitatively. Secondly, the influence of the structure parameters of metal helical grating on the performance of metal helical circular polarizer is summarized. Taking the metal single helical circular polarizer as an example, the helical diameter, the number of spiral coils, the pitch of helical segments and the distance between the elements of the spiral grating are studied by numerical simulation. The influence of the helix diameter on the optical properties such as the operating bandwidth and the average extinction ratio of the device is discussed, and the relationship between them is summarized. Finally, the structure optimization design of metal helical circular polarizer is proposed. The optimization design of metal helical circular polarizer mainly includes the study of metal N helical structure and the conical metal helical structure. Firstly, on the basis of studying the working principle and structure parameters of metal helical circular polarizer, a circular polarizer with N helical structure is proposed. The differences of optical properties of metal double, three and four helical structures are studied respectively, and the performance of these structures is improved compared with that of metal single helical circular polarizers. In addition, a circular polarizer with conical metal helical structure is proposed, which is obtained by gradually reducing the radius of metal helix on the basis of uniform and invariant metal helical structure. The circular polarizer with conical metal helical structure not only expands the working bandwidth but also improves the extinction ratio. In this paper, the influence of metal helical structure parameters is systematically studied, which provides the guidance and direction for the structure optimization of metal helical circular polarizer in the future. In addition, both the metal N helical structure and the conical metal helical structure circular polarizer can improve the performance of the device.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TH74

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本文編號(hào)：1790759