【摘要】：超表面作為一種人工二維亞波長電磁材料,具有超輕超薄的特點,并且通過人為設(shè)計這種亞波長結(jié)構(gòu)的幾何形狀、參數(shù)、排列方式,能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁波振幅、相位以及偏振態(tài)的自由控制。因為超表面對電磁波的靈活調(diào)控能力,能夠利用超表面實現(xiàn)多種光學功能。聚焦透鏡作為光學系統(tǒng)中常見的一類元件,傳統(tǒng)透鏡功能單一,不易集成,因此多功能的超表面透鏡成為一項研究熱點。然而,超表面透鏡在多波長設(shè)計中往往采用偏振無關(guān)的結(jié)構(gòu)或僅對單一偏振態(tài)響應(yīng),對多個波長的相位響應(yīng)相似而功能單一。本論文針對以上問題,開展了圓偏振復用型以及波長復用型超表面聚焦透鏡的研究,論文的主要研究內(nèi)容包括:1、設(shè)計了一種幾何相位型的偏振復用超表面,通過改變亞波長結(jié)構(gòu)中納米柱的幾何尺寸和方向角來調(diào)制振幅和相位,根據(jù)幾何相位對圓偏振光的調(diào)制原理,交叉偏振光所獲得的調(diào)制相位與結(jié)構(gòu)方向角存在線性關(guān)系,設(shè)計為對可見光473nm,532nm和632nm三個波長的聚焦透鏡;而同偏振光所獲得的調(diào)制相位與結(jié)構(gòu)方向角無關(guān),可以設(shè)計為對可見光400nm-700nm寬帶的透射。利用這一方法,進行了對右旋圓偏振態(tài)的三波長以及左旋圓偏振態(tài)可見光寬帶的偏振復用型超表面的設(shè)計研究。通過進一步研究優(yōu)化,這種超表面透鏡有望作為透明顯示目鏡來使用。2、針對多波長聚焦透鏡在離軸入射條件下的聚焦差異問題,設(shè)計了一種波長與角度聯(lián)合復用型超表面透鏡,采用不同寬度的介質(zhì)柱來對可見光的三個波長進行相對獨立的相位及振幅調(diào)控。由于結(jié)構(gòu)的波長敏感性,得到不同波長下結(jié)構(gòu)的相位響應(yīng),建立了結(jié)構(gòu)與相位對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。通過構(gòu)建超表面的相位分布數(shù)學模型,借助粒子群優(yōu)化算法,對全模設(shè)計方案進行匹配優(yōu)化,實現(xiàn)了對透鏡中多波長軸向色差進行調(diào)控的功能。同時針對離軸入射條件,設(shè)計了一種能夠?qū)Χ嗖ㄩL進行波長與角度復用的超表面,實現(xiàn)三個不同角度入射的三個波長光,最終在軸上等焦距聚焦的功能。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院光電技術(shù)研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH74

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本文編號：2652112