本文關(guān)鍵詞：基于金屬結(jié)構(gòu)超表面的新型光學(xué)器件的研究

  更多相關(guān)文章： 超表面 渦旋相位板 超透鏡 相位調(diào)制 偏振不依賴特性

【摘要】：近年來,光學(xué)技術(shù)在微納領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,光的控制受到了更多的關(guān)注。一般來說,我們通過對光相位的調(diào)控實現(xiàn)對光的操縱。近來提出了超表面的概念,利用亞波長尺度的人工微結(jié)構(gòu)和宏觀序可獲得任意的相位分布,從而實現(xiàn)對波前的調(diào)控。本文主要研究了利用超表面結(jié)構(gòu)如何實現(xiàn)對光的振幅、相位、偏振態(tài)的調(diào)控,并設(shè)計了具有各種功能的偏振依賴和偏振不依賴的超表面光學(xué)器件。本論文主要工作和研究成果如下:分別提出了基于開口諧振環(huán)和L形納米天線的偏振依賴和偏振不依賴的寬帶光束偏轉(zhuǎn)器,通過理論分析和數(shù)值仿真研究了其光束偏轉(zhuǎn)性能。通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù),兩種微結(jié)構(gòu)都可以實現(xiàn)0-2π的相位延遲,兩種光束偏轉(zhuǎn)器都具有很好的光束偏轉(zhuǎn)功能,偏轉(zhuǎn)角度與廣義斯涅爾定律符合得非常好。基于開口諧振環(huán)的超表面對左右旋圓偏振入射光有相反的偏轉(zhuǎn)方向。通過理論分析和數(shù)值仿真同時證明了L形納米天線的偏振不依賴特性,研究了基于L形納米天線的光束偏轉(zhuǎn)器的偏振不依賴特性,發(fā)現(xiàn)基于L形納米天線的超表面對線偏振和圓偏振入射光具有相同的偏轉(zhuǎn)效果。分別提出了基于開口諧振環(huán)和L形納米天線的偏振依賴和偏振不依賴的超薄寬帶渦旋相位板,兩種渦旋相位板都可以形成渦旋光束。當(dāng)入射光分別為左右旋圓偏振光時,基于開口諧振環(huán)的渦旋相位板將產(chǎn)生具有相反拓?fù)鋽?shù)的渦旋光束。當(dāng)入射光分別為線偏振和圓偏振光時,基于L形納米天線的渦旋相位板將產(chǎn)生具有相同拓?fù)鋽?shù)的渦旋光束,這說明該渦旋相位板具有偏振不依賴特性。對于兩種渦旋相位板,我們分別研究了其渦旋光束的演化特點、光和渦旋相位板的角動量的相互作用以及寬譜特性。分別提出了基于開口諧振環(huán)和L形狹縫天線的偏振依賴和偏振不依賴的超薄平面超透鏡,兩種超透鏡都可以實現(xiàn)預(yù)期的聚焦現(xiàn)象。當(dāng)入射光分別為左右旋圓偏振光時,基于開口諧振環(huán)的超透鏡將產(chǎn)生聚焦或者發(fā)散現(xiàn)象,說明該超透鏡是雙極性透鏡,其具有偏振依賴特性。當(dāng)入射光分別為線偏振和圓偏振光時,基于L形狹縫天線的超透鏡將產(chǎn)生相同的聚焦現(xiàn)象,說明該超透鏡具有偏振不依賴特性。對于兩種超透鏡,我們分別研究了不同焦距和不同數(shù)值孔徑的超透鏡的聚焦特性,以及超透鏡的寬譜特性。分別提出了基于L形狹縫天線的橫向多焦點超透鏡陣列和縱向多焦點超透鏡,這兩種超透鏡都可以實現(xiàn)預(yù)期的多焦點聚焦現(xiàn)象,且都具有偏振不依賴特性。橫向多焦點超透鏡陣列由子透鏡單元按照陣列法排列而成,對于相同偏振和交叉偏振的透射光,子透鏡單元具有不同的聚焦想象,并分別探究了其聚焦原理。為了實現(xiàn)縱向多焦點超透鏡,首次提出了分區(qū)域模式、徑向交替模式和角向交替模式三種獨(dú)創(chuàng)的設(shè)計模式。對于兩種多交點超透鏡,我們都分別研究了L形狹縫納米天線的分布對聚焦特性的影響。提出了擁有45°和135°的對稱軸方向角的納米天線具有偏振不依賴特性。嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)表明,對于線偏振或者圓偏振入射光,交叉偏振透射光擁有相同的振幅和相移的充分必要條件是:納米天線的對稱軸方向角是45°或135°。通過對V形、C形、U形和橢圓形納米狹縫天線進(jìn)行數(shù)值仿真,發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)這些納米天線的對稱軸方向角為45°和135°時,其才具有偏振不依賴特性。
【關(guān)鍵詞】：超表面 渦旋相位板 超透鏡 相位調(diào)制 偏振不依賴特性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN826;TH74
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 緒論14-31
• 1.1 引言14
• 1.2 超材料概述14-16
• 1.3 人工微結(jié)構(gòu)單元16-19
• 1.3.1 超材料的電場響應(yīng)17-18
• 1.3.2 超材料的磁場響應(yīng)18-19
• 1.4 宏觀序19-20
• 1.5 超表面及其功能性器件20-28
• 1.5.1 廣義斯涅爾定律21-24
• 1.5.2 四分之一波片24-25
• 1.5.3 渦旋相位板25-26
• 1.5.4 超透鏡26-28
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容28-31
• 第2章 偏振依賴和偏振不依賴的光束偏轉(zhuǎn)器31-46
• 2.1 引言31-32
• 2.2 時域有限差分法32
• 2.3 基于開口諧振環(huán)的偏振依賴的光束偏轉(zhuǎn)器32-39
• 2.3.1 開口諧振環(huán)的設(shè)計及其理論分析32-34
• 2.3.2 基于開口諧振環(huán)的光束偏轉(zhuǎn)器的異常折射現(xiàn)象34-37
• 2.3.3 基于開口諧振環(huán)的光束偏轉(zhuǎn)器的寬譜特性37-38
• 2.3.4 開口諧振環(huán)的排列方式對偏轉(zhuǎn)角度的影響38-39
• 2.4 基于L形納米天線的偏振不依賴的光束偏轉(zhuǎn)器39-45
• 2.4.1 L形納米天線的偏振不依賴特性的理論分析39-41
• 2.4.2 基于L形納米天線的光束偏轉(zhuǎn)器的偏振不依賴特性41-44
• 2.4.3 晶格常數(shù)和入射角度對偏轉(zhuǎn)效果的影響44-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 第3章 偏振依賴和偏振不依賴的超薄光學(xué)渦旋相位板46-57
• 3.1 引言46-47
• 3.2 基于開口諧振環(huán)的偏振依賴的渦旋相位板47-52
• 3.2.1 基于開口諧振環(huán)的渦旋相位板的設(shè)計47-48
• 3.2.2 渦旋光束的演化特性48-49
• 3.2.3 圓偏振入射光和渦旋相位板的角動量相互作用49-51
• 3.2.4 基于開口諧振環(huán)的渦旋相位板的寬譜特性51-52
• 3.3 基于L形納米天線的偏振不依賴的渦旋相位板52-56
• 3.3.1 基于L形納米天線的渦旋相位板的設(shè)計52-53
• 3.3.2 基于L形納米天線的渦旋相位板的偏振不依賴特性53-54
• 3.3.3 線偏振及圓偏振入射光和渦旋相位板的角動量相互作用54-55
• 3.3.4 基于L形納米天線的渦旋相位板的寬譜特性55-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第4章 偏振依賴和偏振不依賴的超薄寬帶超透鏡57-72
• 4.1 引言57-58
• 4.2 基于開口諧振環(huán)的偏振依賴的超薄寬帶超透鏡58-62
• 4.2.1 基于開口諧振環(huán)的超透鏡的設(shè)計58
• 4.2.2 基于開口諧振環(huán)的超透鏡的雙極性特性58-60
• 4.2.3 具有不同焦距的基于開口諧振環(huán)的超透鏡60
• 4.2.4 基于開口諧振環(huán)的超透鏡的寬譜特性60-61
• 4.2.5 具有不同數(shù)值孔徑的基于開口諧振環(huán)的超透鏡61-62
• 4.3 基于L形狹縫天線的偏振不依賴的超薄寬帶超透鏡62-70
• 4.3.1 基于L形狹縫天線的超透鏡的設(shè)計62-63
• 4.3.2 垂直入射和斜入射時的聚焦現(xiàn)象63-66
• 4.3.3 具有不同焦距的基于L形狹縫天線的超透鏡66-67
• 4.3.4 基于L形狹縫天線的超透鏡的寬譜特性67-69
• 4.3.5 具有不同數(shù)值孔徑的基于L形狹縫天線的超透鏡69-70
• 4.4 本章小結(jié)70-72
• 第5章 偏振不依賴的多焦點超透鏡72-92
• 5.1 引言72-73
• 5.2 偏振不依賴的橫向多焦點超透鏡陣列73-82
• 5.2.1 單焦點子透鏡的設(shè)計和參數(shù)分析73-77
• 5.2.2 相同偏振聚焦現(xiàn)象和機(jī)理分析77-79
• 5.2.3 依據(jù)透射偏振態(tài)的動態(tài)聚焦現(xiàn)象79-80
• 5.2.4 具有不同排列方式的超透鏡陣列80-82
• 5.3 偏振不依賴的縱向多焦點超透鏡82-90
• 5.3.1 基于分區(qū)域模式排列的雙焦點超透鏡82-85
• 5.3.2 基于徑向交替模式排列的雙焦點超透鏡85-87
• 5.3.3 基于角向交替模式排列的雙焦點超透鏡87-89
• 5.3.4 基于分區(qū)域模式排列的三焦點超透鏡89-90
• 5.4 本章小結(jié)90-92
• 第6章 對稱軸的方向角對偏振不依賴特性的影響92-101
• 6.1 引言92
• 6.2 特殊對稱超表面的偏振不依賴特性的理論分析92-93
• 6.3 具有偏振不依賴特性的納米天線的設(shè)計及研究93-100
• 6.3.1 V形狹縫納米天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)對偏振不依賴特性的影響94-97
• 6.3.2 C形狹縫納米天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)對偏振不依賴特性的影響97-99
• 6.3.3 其他對稱性納米天線的方向角對偏振不依賴特性的影響99-100
• 6.4 本章小結(jié)100-101
• 結(jié)論101-104
• 參考文獻(xiàn)104-116
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文116-118
• 致謝118-120
• 個人簡歷120

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 張富利,趙乾,劉亞紅,趙曉鵬;用于構(gòu)成左手化材料(LHMs)的開口諧振環(huán)的研究[J];北京廣播學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年S1期

2 劉敏;陳平;;微波波段金屬開口諧振環(huán)對的共振模劈裂現(xiàn)象研究[J];微波學(xué)報;2011年01期

3 樊京;蔡廣宇;;一種基于金屬開口諧振環(huán)和桿陣列的左手材料寬帶吸收器[J];物理學(xué)報;2010年09期

4 杜國宏;劉昆;;用于左手材料的對稱開口諧振環(huán)特性研究[J];四川大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年05期

5 艾芬;白洋;徐芳;喬利杰;周濟(jì);;基于鐵氧體基板的開口諧振環(huán)的可調(diào)微波左手特性研究[J];物理學(xué)報;2008年07期

6 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 高鵬;張淳民;白鑫;;新型開口諧振環(huán)對周期結(jié)構(gòu)的負(fù)折射特性分析[A];2010年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2010年

2 高鵬;張淳民;;新型開口諧振環(huán)對周期結(jié)構(gòu)的負(fù)折射特性分析[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

3 高鵬;張淳民;;對新型開口諧振環(huán)對周期性結(jié)構(gòu)負(fù)折射特性的分析[A];2011西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王維;基于金屬結(jié)構(gòu)超表面的新型光學(xué)器件的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王勝磊;磁環(huán)形矩及其在開口諧振環(huán)中的實現(xiàn)與特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 劉冬;開口諧振環(huán)對負(fù)折射率材料磁響應(yīng)特性的影響[D];長春理工大學(xué);2013年

3 李慶梅;古斯?jié)h欣位移與開口諧振環(huán)在太赫茲波段的研究[D];首都師范大學(xué);2013年

，

本文編號：925749