基于U形納米天線陣列的多焦點(diǎn)透鏡的研究.pdf

1、傳統(tǒng)光學(xué)器件對(duì)光束波前的調(diào)制是通過(guò)光束經(jīng)過(guò)器件時(shí)的連續(xù)相位延遲積累實(shí)現(xiàn)的，而超表面（metasurface）對(duì)光束的相位調(diào)制是不連續(xù)的。超表面是由一系列具有納米尺寸的等離子體天線單元組成的超薄金屬平板，或單層，或多層，尺寸很小，對(duì)光束波前可以實(shí)現(xiàn)2π范圍的靈活調(diào)制。組成超表面的天線形狀不同，其性能也大不相同。U形孔徑天線超表面是在單層金板上刻蝕一系列U形槽，相對(duì)于其它超表面，U形孔徑天線超表面結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，厚度僅有幾十納米。本論文基于U

2、形孔徑天線超表面進(jìn)行了多種基礎(chǔ)光學(xué)元件的研究，包括光學(xué)分束，折射率傳感，單焦點(diǎn)聚焦，偏振態(tài)檢測(cè)及多焦點(diǎn)透鏡。
　　本文首先進(jìn)行了基于超表面的廣義Snell定律的推導(dǎo)，利用U形孔徑天線超表面實(shí)現(xiàn)了反常折射現(xiàn)象，驗(yàn)證了廣義Snell定律的準(zhǔn)確性。進(jìn)而利用超表面分區(qū)設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多光路分束。推導(dǎo)出了反常折射角與環(huán)境折射率的理論關(guān)系，模擬仿真得到了反常折射角與環(huán)境折射率的響應(yīng)曲線，驗(yàn)證了超表面的折射率傳感功能。根據(jù)傳統(tǒng)柱透鏡的相位調(diào)

3、制曲線，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于U形孔徑天線超表面的單焦點(diǎn)透鏡，得到了很好的聚焦仿真結(jié)果。接著探究了入射光偏振態(tài)對(duì)相應(yīng)功能的影響，發(fā)現(xiàn)U形孔徑天線超表面對(duì)入射光的不同偏振態(tài)（左旋圓偏振或右旋圓偏振）表現(xiàn)出完全相反的現(xiàn)象，即利用U形孔徑天線超表面可以實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)檢測(cè)功能。
　　本文最重要的一部分工作是多焦點(diǎn)聚焦透鏡的設(shè)計(jì)仿真。多焦點(diǎn)透鏡一般采用透鏡陣列方法，這種方法設(shè)計(jì)的透鏡之間的干涉現(xiàn)象比較嚴(yán)重，影響成像質(zhì)量。本文介紹了一種新型簡(jiǎn)單的類光學(xué)全