【摘要】：非衍射光束,例如貝塞爾光束,馬蒂厄光束和Airy光束,不會在它們傳播時發(fā)生擴散。這種性質(zhì)在許多應(yīng)用中特別有用,包括成像,顯微操作和光學(xué)轉(zhuǎn)染。但是Airy光束還有著更加特殊的性質(zhì),即自彎曲(自加速)。以往用來生成Airy光束的器件體積巨大,不易在系統(tǒng)中集成。而超表面作為新型的人工電磁材料,具有亞波長厚度,體積小以及易實現(xiàn)等優(yōu)點,更加重要的是,利用超表面可以操控電磁波的幅度及相位,本文采用超表面來實現(xiàn)Airy光束的生成和操控。本文主要研究內(nèi)容如下:首先,對于Airy波束的相關(guān)理論進(jìn)行了研究,包括Airy波包的基礎(chǔ)解,接著對基于Airy波包基礎(chǔ)解的Airy函數(shù)進(jìn)行了研究。由于理想的Airy光束具有無衍射特性,對應(yīng)著的是其無限的能量,因此本文對理想Airy光束進(jìn)行了截斷,進(jìn)而給出了有限能量Airy函數(shù)的表達(dá)式。最后對于Airy光束的三個重要性質(zhì)進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述以及給出了實際應(yīng)用。其次,對圓極化Airy波束的激發(fā)進(jìn)行了研究。首先以電磁諧振單元為核心,進(jìn)行了超表面透射相位調(diào)控單元的設(shè)計。所設(shè)計的單元結(jié)構(gòu)中,包含了雙層開口環(huán)的電諧振結(jié)構(gòu),以及以圓形貼片作為幅度調(diào)制器的三層超表面單元。通過對電磁諧振結(jié)構(gòu)進(jìn)行符合Airy函數(shù)的相位和幅度分布的排列,實現(xiàn)了相位調(diào)制和相位-幅度調(diào)制的Airy波束的激發(fā),以及驗證了Airy波束的自愈特性,并采用三種有效方式對Airy波束的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行了調(diào)控,其中采用廣義折射定律的調(diào)控方式和改變超表面各部分單元結(jié)構(gòu)數(shù)量比例都十分有效。最后,對線極化Airy波束的激發(fā)進(jìn)行了研究。首先設(shè)計了另一種高效的多層線極化透射相位調(diào)控單元,進(jìn)行了相位調(diào)制Airy波束激發(fā)超表面的設(shè)計與仿真,其對垂直入射線極化波產(chǎn)生了良好的波前控制,成功的實現(xiàn)了Airy波束的激發(fā)。接著,利用設(shè)計的以開口環(huán)為基本單元的幅度調(diào)制器,構(gòu)建了七層相位-幅度調(diào)控單元,根據(jù)仿真結(jié)果所示,所設(shè)計的幅度調(diào)制器具有較好的帶寬擴展效果。三種調(diào)控方式中的引入新的相位因子方法的調(diào)控效果最為明顯。
【圖文】：

用方面的研究，Airy 光束作為非衍射光束不會在傳用中特別有用，包括成像，顯微操作和光學(xué)轉(zhuǎn)染。一是 Dholakia 集團(tuán)提出的曲線路徑的粒子運輸和清具有主光斑和多個旁瓣的形式，其強度隨著距離主引起光學(xué)梯度力將電介質(zhì)粒子拖向主光斑。然后，播和橫向加速沿著投影軌跡被引導(dǎo)。這種應(yīng)用其特性，而除了此特性外，Airy 波束的其他特性使其用。在早期研究中，由飛秒激光脈沖產(chǎn)生的等離子，來自光束的不同縱向截面處的直細(xì)絲的錐形輻射發(fā)射的分析更加復(fù)雜。為了解決這個問題，由es 團(tuán)隊合作采用 2DAiry 函數(shù)形式的橫向空間模式的離子體通道。因此，細(xì)絲的不同縱向部分的寬帶發(fā)致在遠(yuǎn)場中該發(fā)射的空間分離。這種技術(shù)已經(jīng)成功水，，其中等離子體散焦和群速色散阻止光束的自聚

- 5 -調(diào)控 a) 具有傾斜角 的楔形金屬-電介質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)。角度時的等離子光度 Airy 光束的主瓣中心位置。理耗，實線)結(jié)果都已給出。c)-e)和 f)-h) 分別給出了理體激發(fā)的 Airy 光束在平面 y=0 中的場分布
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O436

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本文編號：2649739