【摘要】：在常用的光學(xué)成像系統(tǒng)中,傳統(tǒng)透鏡主要依賴光在傳播過程中因透鏡厚度差而產(chǎn)生相位差的工作原理,實現(xiàn)聚焦與成像的功能,這對透鏡的面形和厚度有著嚴(yán)格的要求,因而不利于光學(xué)系統(tǒng)的集成化和輕量化。超表面是一種由亞波長尺度的單元結(jié)構(gòu)材料組合而成的陣列型膜層器件,又被稱為二維超構(gòu)材料,它能夠通過自身亞波長單元結(jié)構(gòu)陣列與電磁波束的相互作用,實現(xiàn)對電磁波振幅、偏振態(tài)、相位等基本信息的靈活調(diào)控。相比于傳統(tǒng)光學(xué)透鏡,超表面透鏡表現(xiàn)出傳統(tǒng)透鏡不具備的輕量化、平面共形、方便集成等優(yōu)越特性,因而被廣泛應(yīng)用于平面成像、全息成像、光束整形、超分辨光刻等研究領(lǐng)域。因此,超表面透鏡有望突破傳統(tǒng)光學(xué)透鏡面形與尺寸厚度的限制,成為下一代光學(xué)器件。然而,在實際成像應(yīng)用中,單層超表面透鏡僅能對小入射角度的光束進行調(diào)制,而軸外像差嚴(yán)重,極大限制了超表面透鏡的成像應(yīng)用。為了獲取更大視場范圍內(nèi)的物空間信息,實現(xiàn)大視場成像,本文對超表面透鏡的視場受限問題進行了分析研究,在紫外光與可見光波段內(nèi),提出了兩種解決超表面透鏡視場受限的方案,主要如下:1.在紫外光375nm處,設(shè)計了偏振無關(guān)的雙層級聯(lián)超表面透鏡,采用傳輸相位作為超表面透鏡單元結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制方法,通過不同尺寸T_iO_2圓形納米柱對線偏振入射光進行兩次非球面相位調(diào)制,實現(xiàn)了60°視場范圍內(nèi)接近衍射極限的偏振無關(guān)聚焦與成像。2.在可見光532±5nm波段,設(shè)計了基于幾何位相的三層級聯(lián)超表面透鏡,通過不同旋向T_iO_2矩形納米柱單元結(jié)構(gòu)對左旋圓偏振入射光進行相應(yīng)非球面相位調(diào)制,實現(xiàn)了90°視場范圍內(nèi)10nm帶寬接近衍射極限的聚焦與成像。
【圖文】：

圖 1.1 二維廣義斯涅爾折射定律示意圖[29]Two-dimension generalized Snell’s law of refra述：光在空間中進行傳播時，從一點傳播光經(jīng)過多少次折射或者反射，它所經(jīng)過的，光從空間折射率為 ni的 A 點經(jīng)過其中任后匯聚到另一空間折射率為 nt的 B 點，光nrdrBA ，其中 n r代表空間傳播位置可以得到 A、B 兩點間任意傳輸路徑的光位時，即可得到 0 BA r d r；如果

圖 1.2 三維廣義折反射定律示意圖[30]Three-dimension generalized law of refraction an公式（1.7）中，，dxd 、dyd 為對應(yīng)方向上廣義折、反射定律為二維超表面與三維超根據(jù)公式的具體數(shù)學(xué)表達形式，僅需要在應(yīng)的相位梯度dxd 、dyd ，就可以對電磁波在界面上通過改變單元結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀對應(yīng)的突變相位，通過相位梯度設(shè)計，就、相位信息精確而有效的調(diào)控，實現(xiàn)眾多
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH74;O439

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本文編號：2660187