【摘要】：信息技術(shù)的變革深刻影響著人們的工作、生活乃至思想觀念。當(dāng)前信息的載體主要是電子和光子,隨著電子集成芯片技術(shù)越來(lái)越接近發(fā)展的極限,摩爾定律正受到越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時(shí)隨著信息量的增加,人們對(duì)通信速度和容量提出了更高的要求,考慮到光子可作為最快速的信息載體,因而光子芯片技術(shù)受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)光子集成,人們提出了各種各樣的微納光子體系,例如:光子晶體、金屬表面等離激元、超材料與超表面等。另一方面,為了突破現(xiàn)有框架,實(shí)現(xiàn)更好的光子集成技術(shù),一部分理論學(xué)者從基礎(chǔ)物理原理出發(fā),提出了變換光學(xué)的設(shè)計(jì)方法。通常情況下,光在平直時(shí)空中沿著直線(xiàn)傳播,在非均勻介質(zhì)中沿著曲線(xiàn)傳播。而根據(jù)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論,光子在彎曲時(shí)空的軌跡也是彎曲的�；谶@種相似性,人們提出了在微結(jié)構(gòu)材料中通過(guò)模擬彎曲時(shí)空來(lái)控制光子的傳播,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種變換光學(xué)器件。變換光學(xué)自提出之后,經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展,已經(jīng)成為調(diào)控電磁波傳播的重要方法,并獲得了廣泛的共識(shí)。作為變換光學(xué)的分支理論,共形變換光學(xué)(Conformal Transformation Optics:CTO)正逐漸受到人們更多的關(guān)注,因?yàn)楣残巫儞Q光學(xué)僅要求材料非均勻和各向同性,實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易,因此相對(duì)于傳統(tǒng)變換光學(xué)具有一定優(yōu)勢(shì)。雖然共形變換光學(xué)具有很多新穎的理論設(shè)計(jì),但在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上卻面臨很大的挑戰(zhàn),到目前共形變換光學(xué)實(shí)驗(yàn)上的工作不是很多,尤其是可見(jiàn)光頻段工作少之又少。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是:采用聚合物薄膜的自組裝技術(shù)和顯微熒光測(cè)量技術(shù),在共形變換光學(xué)的結(jié)構(gòu)制備和實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)上取得了突破,在光學(xué)波段成功實(shí)現(xiàn)了共形變換光學(xué)結(jié)構(gòu),并演示了幾種特定功能的共形器件。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1、利用共形變換光學(xué)設(shè)計(jì)方法,在物理空間中獲得了 Mikaelian透鏡,并運(yùn)用漸變波導(dǎo)技術(shù)加工制備出該器件。緊接著在實(shí)驗(yàn)上演示了光線(xiàn)的自聚焦特性和光場(chǎng)干涉現(xiàn)象-Talbot效應(yīng),通過(guò)進(jìn)一步研究,證明該器件在數(shù)據(jù)編碼傳輸方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。2、基于變換光學(xué)設(shè)計(jì)理論,通過(guò)控制聚合物薄膜波導(dǎo)的厚度實(shí)現(xiàn)了模擬重力場(chǎng)的分布,在模擬重力場(chǎng)區(qū)觀察到高斯光束轉(zhuǎn)變?yōu)榱税锕馐?在整個(gè)樣品區(qū)觀察到高斯光束和艾里光束間的可逆演化,最后運(yùn)用朗道方法定量解釋了模擬重力場(chǎng)區(qū)艾里光束的產(chǎn)生。3、通過(guò)共形變換設(shè)計(jì)了不同類(lèi)型的測(cè)地線(xiàn)透鏡,理論上得到了光線(xiàn)閉合軌跡和光波演化,并得到其頻譜是簡(jiǎn)并和等距的。實(shí)驗(yàn)上證明了紡錘體測(cè)地線(xiàn)透鏡和圓球測(cè)地線(xiàn)透鏡曲面上光線(xiàn)傳播形成閉合的軌跡。作為上述實(shí)驗(yàn)延伸部分,我們介紹了基于嵌入圖的研究進(jìn)展和已經(jīng)取得的其他彎曲波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)成果。
【圖文】：

肩：＿逡逑圖１．１變換光學(xué)示意圖ｔｌ］。ａ原坐標(biāo)系下場(chǎng)線(xiàn)（紅色）。ｂ新坐標(biāo)系下場(chǎng)線(xiàn)（紅色）。黑色逡逑網(wǎng)格代表空間特性：ａ自由空間，ｂ扭曲空間。逡逑以達(dá)到新空間相同的光線(xiàn)傳播。如圖１．１所示，給出了變換光學(xué)理論的空間變換逡逑示意圖。圖１．１ａ展示初始坐標(biāo)自由空間（黑色網(wǎng)格）和相應(yīng)的場(chǎng)線(xiàn)（紅線(xiàn)），當(dāng)逡逑對(duì)原空間進(jìn)行扭曲操作后就可得圖１．１ｂ所示彎曲空間（黑色網(wǎng)格），而依附于空逡逑間的場(chǎng)線(xiàn)（紅線(xiàn)）也發(fā)生相應(yīng)的變化，沿曲線(xiàn)傳播，且兩空間中光線(xiàn)的光程是相逡逑等的。如果我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室能夠制備出與彎曲空間相對(duì)應(yīng)的材料，那么我們就能對(duì)逡逑電磁波的傳播進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。逡逑－腿－[椋駑搴牛哄義希海海哄澹殄鍠蝀4＾逡逑：藤簿逡逑Ｌｒ邋ＩＸ邋ｔ邐＜？？？逡逑圖１．２典型的隱身斗篷的示意圖［１］［３７］。ａ光（黃線(xiàn)）在自由空間中傳播。ｂ光（黃線(xiàn)）逡逑在扭曲空間中傳播，紅色圓圈內(nèi)為隱身區(qū)域。ｃ三維隱身斗篷示意圖。逡逑３逡逑

逡逑肩：＿逡逑圖１．１變換光學(xué)示意圖ｔｌ］。ａ原坐標(biāo)系下場(chǎng)線(xiàn)（紅色）。ｂ新坐標(biāo)系下場(chǎng)線(xiàn)（紅色）。黑色逡逑網(wǎng)格代表空間特性：ａ自由空間，ｂ扭曲空間。逡逑以達(dá)到新空間相同的光線(xiàn)傳播。如圖１．１所示，給出了變換光學(xué)理論的空間變換逡逑示意圖。圖１．１ａ展示初始坐標(biāo)自由空間（黑色網(wǎng)格）和相應(yīng)的場(chǎng)線(xiàn)（紅線(xiàn)），當(dāng)逡逑對(duì)原空間進(jìn)行扭曲操作后就可得圖１．１ｂ所示彎曲空間（黑色網(wǎng)格），而依附于空逡逑間的場(chǎng)線(xiàn)（紅線(xiàn)）也發(fā)生相應(yīng)的變化，沿曲線(xiàn)傳播，且兩空間中光線(xiàn)的光程是相逡逑等的。如果我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室能夠制備出與彎曲空間相對(duì)應(yīng)的材料，那么我們就能對(duì)逡逑電磁波的傳播進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。逡逑－腿－[椋駑搴牛哄義希海海哄澹殄鍠蝀4＾逡逑：藤簿逡逑Ｌｒ邋ＩＸ邋ｔ邐＜？？？逡逑圖１．２典型的隱身斗篷的示意圖［１］［３７］。ａ光（黃線(xiàn)）在自由空間中傳播。ｂ光（黃線(xiàn)）逡逑在扭曲空間中傳播，紅色圓圈內(nèi)為隱身區(qū)域。ｃ三維隱身斗篷示意圖。逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O43

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 余洪偉;胡佳偉;;類(lèi)比引力有關(guān)問(wèn)題研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2015年Z2期

2 童廉明;徐紅星;;表面等離激元——機(jī)理、應(yīng)用與展望[J];物理;2012年09期

3 劉支華;石邦任;孔梅;;集成聲光芯片技術(shù)研究[J];兵工學(xué)報(bào);2008年12期

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本文編號(hào)：2698395