【摘要】：在常用的光學(xué)成像系統(tǒng)中,傳統(tǒng)透鏡主要依賴(lài)光在傳播過(guò)程中因透鏡厚度差而產(chǎn)生相位差的工作原理,實(shí)現(xiàn)聚焦與成像的功能,這對(duì)透鏡的面形和厚度有著嚴(yán)格的要求,因而不利于光學(xué)系統(tǒng)的集成化和輕量化。超表面是一種由亞波長(zhǎng)尺度的單元結(jié)構(gòu)材料組合而成的陣列型膜層器件,又被稱(chēng)為二維超構(gòu)材料,它能夠通過(guò)自身亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)陣列與電磁波束的相互作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波振幅、偏振態(tài)、相位等基本信息的靈活調(diào)控。相比于傳統(tǒng)光學(xué)透鏡,超表面透鏡表現(xiàn)出傳統(tǒng)透鏡不具備的輕量化、平面共形、方便集成等優(yōu)越特性,因而被廣泛應(yīng)用于平面成像、全息成像、光束整形、超分辨光刻等研究領(lǐng)域。因此,超表面透鏡有望突破傳統(tǒng)光學(xué)透鏡面形與尺寸厚度的限制,成為下一代光學(xué)器件。然而,在實(shí)際成像應(yīng)用中,單層超表面透鏡僅能對(duì)小入射角度的光束進(jìn)行調(diào)制,而軸外像差嚴(yán)重,極大限制了超表面透鏡的成像應(yīng)用。為了獲取更大視場(chǎng)范圍內(nèi)的物空間信息,實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)成像,本文對(duì)超表面透鏡的視場(chǎng)受限問(wèn)題進(jìn)行了分析研究,在紫外光與可見(jiàn)光波段內(nèi),提出了兩種解決超表面透鏡視場(chǎng)受限的方案,主要如下:1.在紫外光375nm處,設(shè)計(jì)了偏振無(wú)關(guān)的雙層級(jí)聯(lián)超表面透鏡,采用傳輸相位作為超表面透鏡單元結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制方法,通過(guò)不同尺寸T_iO_2圓形納米柱對(duì)線偏振入射光進(jìn)行兩次非球面相位調(diào)制,實(shí)現(xiàn)了60°視場(chǎng)范圍內(nèi)接近衍射極限的偏振無(wú)關(guān)聚焦與成像。2.在可見(jiàn)光532±5nm波段,設(shè)計(jì)了基于幾何位相的三層級(jí)聯(lián)超表面透鏡,通過(guò)不同旋向T_iO_2矩形納米柱單元結(jié)構(gòu)對(duì)左旋圓偏振入射光進(jìn)行相應(yīng)非球面相位調(diào)制,實(shí)現(xiàn)了90°視場(chǎng)范圍內(nèi)10nm帶寬接近衍射極限的聚焦與成像。
【圖文】：

圖 1.1 二維廣義斯涅爾折射定律示意圖[29]Two-dimension generalized Snell’s law of refra述：光在空間中進(jìn)行傳播時(shí)，從一點(diǎn)傳播光經(jīng)過(guò)多少次折射或者反射，它所經(jīng)過(guò)的，光從空間折射率為 ni的 A 點(diǎn)經(jīng)過(guò)其中任后匯聚到另一空間折射率為 nt的 B 點(diǎn)，光nrdrBA ，其中 n r代表空間傳播位置可以得到 A、B 兩點(diǎn)間任意傳輸路徑的光位時(shí)，即可得到 0 BA r d r；如果

圖 1.2 三維廣義折反射定律示意圖[30]Three-dimension generalized law of refraction an公式（1.7）中，，dxd 、dyd 為對(duì)應(yīng)方向上廣義折、反射定律為二維超表面與三維超根據(jù)公式的具體數(shù)學(xué)表達(dá)形式，僅需要在應(yīng)的相位梯度dxd 、dyd ，就可以對(duì)電磁波在界面上通過(guò)改變單元結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀對(duì)應(yīng)的突變相位，通過(guò)相位梯度設(shè)計(jì)，就、相位信息精確而有效的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)眾多
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TH74;O439

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本文編號(hào)：2660187