隨著各種人工智能、便攜式設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新型視覺系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn),光學(xué)系統(tǒng)朝著微型化、功能化、集成化方向發(fā)展。而傳統(tǒng)光學(xué)元件通過光在傳播方向的逐漸積累對光的波前進(jìn)行調(diào)控,受其組成材料屬性（折射率或介電常數(shù)等）的限制,調(diào)控的自由度小,并且元件尺寸大而不易集成,大大限制了其在集成光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用。近年來,隨著微納加工技術(shù)與納米光子器件的迅速發(fā)展,出現(xiàn)了一種新型的波前調(diào)控元件—光學(xué)超表面（Metasurfaces）。光學(xué)超表面（或稱超構(gòu)表面）是一種由超原子或超分子構(gòu)成、結(jié)構(gòu)尺寸在亞波長范圍的二維納米結(jié)構(gòu),利用納米結(jié)構(gòu)與界面存在的相位突變以及亞波長厚度對波前調(diào)控自由度大的特點(diǎn)和優(yōu)勢操控電磁波,實(shí)現(xiàn)不同的功能,包括光學(xué)隱身、渦旋光等奇異光場、全息和透鏡等。它不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)元件功能,而且體積小、制備與半導(dǎo)體工藝兼容,同時對波前的調(diào)控自由度更大,具有非常廣闊的應(yīng)用潛力和前景。盡管國內(nèi)外已開展諸多超表面相關(guān)研究,但截至目前基于超表面的光學(xué)元件在可見光波段寬光譜效應(yīng)不明顯或效率偏低,而可見光波段光學(xué)元件的應(yīng)用又十分廣泛,因此開展可見光波段超表面的寬光譜調(diào)控研究,實(shí)現(xiàn)超表面的高效寬光譜波前調(diào)控... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

1 超表面隱身圖

1第1章緒論1.1選題背景及研究的目的和意義光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于各類光學(xué)儀器和系統(tǒng)中，在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域扮演著不可或缺的角色。傳統(tǒng)的光學(xué)元件是基于斯涅耳定律(Snell’sLaw)即光的折射和反射定律[1]，入射光的振幅、相位和偏振態(tài)的改變是沿著光程方向的逐漸累積[2-3]。光的調(diào)控受到光學(xué)材料屬性的限制，光傳播的路徑需要遠(yuǎn)大于光的波長。隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)的體光學(xué)元件已經(jīng)不能滿足使用要求，亟待平面光學(xué)元件的發(fā)展。近年來，隨著微納加工技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的波前調(diào)控元件——光學(xué)超表面(Metasurfaces)，為光的波前調(diào)控提供了更大的空間[4-7]。超表面是一種由超原子或超分子組成，橫向尺寸和厚度均在亞波長范圍的二維納米結(jié)構(gòu)。超表面在兩種界面處的相位突變保證其在亞波長尺度范圍能夠任意調(diào)控光的波前，不僅可實(shí)現(xiàn)常規(guī)光學(xué)元件的功能，代替?zhèn)鹘y(tǒng)光學(xué)元器件，還因其與半導(dǎo)體工藝兼容的制備工藝在快速發(fā)展的平面集成光學(xué)領(lǐng)域扮演重要的角色[8]。靈活的波前調(diào)控方式使得光學(xué)超表面迅速成為了研究的熱點(diǎn)，開啟了平面光學(xué)的時代。已開展的光學(xué)超表面研究主要集中在奇異光場的構(gòu)建[9]，如隱身[10]、渦旋光場[11]、全息[12-15]、透鏡[16-17]等功能，圖1.1至圖1.4為已實(shí)現(xiàn)不同功能的超表面器件。光學(xué)超表面在兩種材料界面處的相位突變特性也使得其在構(gòu)建平面光學(xué)元件方面獨(dú)具優(yōu)勢，有著廣泛的應(yīng)用潛力。但是，光學(xué)超表面應(yīng)用面臨的一個問題是波長響應(yīng)光譜帶寬不夠?qū)捯约罢{(diào)控效率偏低。圖1.1超表面隱身圖圖1.2渦旋光圖1.3超表面全息圖圖1.4超透鏡

1第1章緒論1.1選題背景及研究的目的和意義光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于各類光學(xué)儀器和系統(tǒng)中，在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域扮演著不可或缺的角色。傳統(tǒng)的光學(xué)元件是基于斯涅耳定律(Snell’sLaw)即光的折射和反射定律[1]，入射光的振幅、相位和偏振態(tài)的改變是沿著光程方向的逐漸累積[2-3]。光的調(diào)控受到光學(xué)材料屬性的限制，光傳播的路徑需要遠(yuǎn)大于光的波長。隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)的體光學(xué)元件已經(jīng)不能滿足使用要求，亟待平面光學(xué)元件的發(fā)展。近年來，隨著微納加工技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的波前調(diào)控元件——光學(xué)超表面(Metasurfaces)，為光的波前調(diào)控提供了更大的空間[4-7]。超表面是一種由超原子或超分子組成，橫向尺寸和厚度均在亞波長范圍的二維納米結(jié)構(gòu)。超表面在兩種界面處的相位突變保證其在亞波長尺度范圍能夠任意調(diào)控光的波前，不僅可實(shí)現(xiàn)常規(guī)光學(xué)元件的功能，代替?zhèn)鹘y(tǒng)光學(xué)元器件，還因其與半導(dǎo)體工藝兼容的制備工藝在快速發(fā)展的平面集成光學(xué)領(lǐng)域扮演重要的角色[8]。靈活的波前調(diào)控方式使得光學(xué)超表面迅速成為了研究的熱點(diǎn)，開啟了平面光學(xué)的時代。已開展的光學(xué)超表面研究主要集中在奇異光場的構(gòu)建[9]，如隱身[10]、渦旋光場[11]、全息[12-15]、透鏡[16-17]等功能，圖1.1至圖1.4為已實(shí)現(xiàn)不同功能的超表面器件。光學(xué)超表面在兩種材料界面處的相位突變特性也使得其在構(gòu)建平面光學(xué)元件方面獨(dú)具優(yōu)勢，有著廣泛的應(yīng)用潛力。但是，光學(xué)超表面應(yīng)用面臨的一個問題是波長響應(yīng)光譜帶寬不夠?qū)捯约罢{(diào)控效率偏低。圖1.1超表面隱身圖圖1.2渦旋光圖1.3超表面全息圖圖1.4超透鏡


本文編號：3323071