基于手性超材料的波前調(diào)控器原理研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、光是地球生物的能量之源，也是人類認(rèn)識世界和感知世界的工具，人類對于光的掌控能力，在一定程度上反映了人類科學(xué)技術(shù)水平的高低。光場的性質(zhì)來源于其波前的演化，所以光的波前調(diào)控是研究光傳輸與處理的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的波前調(diào)控主要通過光波在各類光學(xué)器件表面的折射、反射和傳播過程中積累的相位變化。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，人類對光的波前調(diào)控提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)光學(xué)器件功能單一、體積較大，不利于器件微型化、集成化發(fā)展，在一定程度上阻礙了光學(xué)科領(lǐng)域的進

2、步。超材料作為一種人工電磁結(jié)構(gòu)材料可人為設(shè)定介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，能夠通過改變單元結(jié)構(gòu)各項參數(shù)和單元結(jié)構(gòu)排布規(guī)則在亞波長尺度對光波進行操控，為光的波前調(diào)控提供了新的思路。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對超材料波前調(diào)控原理進行了較為深入的分析，在此基礎(chǔ)上重點對基于手性超材料的波前調(diào)控原理進行研究，介紹了本文所采用的仿真計算原理和方法。⑵針對現(xiàn)有波前調(diào)控的共極化背景干擾問題，提出一種同時具有偏振轉(zhuǎn)換和偏振濾波功能的三層依次旋轉(zhuǎn)金屬條單元結(jié)構(gòu)

3、。采用單一變量原則分別改變單元結(jié)構(gòu)的金屬條長度、寬度、厚度，介質(zhì)厚度、周期以及金屬條旋轉(zhuǎn)角度等參數(shù)，利用CST軟件對每個改變某一參數(shù)的單元結(jié)構(gòu)進行仿真運算，分析各參數(shù)對器件單元結(jié)構(gòu)工作性能的影響，通過模擬仿真運算獲得該單元結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)。⑶開展了基于上述單元結(jié)構(gòu)的波前調(diào)控器件的設(shè)計研究。將廣義斯涅爾定律結(jié)合本文所研究的單元結(jié)構(gòu)，設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)光束偏折功能的最小相位線性變化周期結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上進一步設(shè)計具有偏振轉(zhuǎn)換和偏振濾波功能的偏折器和