基于超表面結構的等離子體偏振器件的研究.pdf

1、近些年平面、超薄的超表面快速發(fā)展并展現(xiàn)出前所未有的光束調(diào)控能力，這將為集成電路、平面顯示、超分辨率成像、數(shù)據(jù)存儲、光學隱身、量子信息處理等諸多領域提供一系列性能更高、功能更強的新型超薄光學器件。因此，對超表面特性及其實際應用的研究具有非凡的意義。本文根據(jù)PB相位的相關理論并借助FDTD仿真方法重點研究了適用于圓偏振光的超表面的特性。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)提出一種由金屬矩形開口共振環(huán)陣列組成的新型等離子體超表面。根據(jù)PB相位

2、的基本原理，設計了基于超表面的圓偏振分析器，并實現(xiàn)了圓偏振光的分離與線偏振光的分解。為了方便快捷的獲得所需的PB相位，只需要通過調(diào)制開口共振環(huán)的兩個自由度來調(diào)節(jié)其光軸的方向。
　　(2)提出一種新型超表面結構，實現(xiàn)高效率偏振轉化。借助數(shù)值仿真，設計了由矩形納米孔構成且對線偏振光與圓偏振光均適用的高偏振轉化率超表面。同時，該超表面還被用于針對圓偏振光的半波片完成圓偏振轉化，以及用作四分之一波片來實現(xiàn)線偏振光到圓偏振光的轉化。

3、　　(3)提出了一種新的超透鏡設計方法，用于實現(xiàn)任意聚焦的功能。該方案將CGH方法與超表面對相位的調(diào)控能力相結合，提高了設計超透鏡的能力。通過仿真手段設計并驗證多種超透鏡，例如軸上聚焦、離軸聚焦、兩點聚焦與多點聚焦超透鏡，展現(xiàn)出了超強的聚焦能力。
　　(4)提出了基于介質(zhì)反射陣列的高效、寬帶以及高偏振轉化效率的超透鏡。我們分別設計并驗證了軸上聚焦、離軸聚焦與四點聚焦的超透鏡，并通過仿真手段研究了超透鏡的焦距隨入射光波長變化的關系。