基于超表面結(jié)構(gòu)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(chǔ)、光學(xué)隱身、量子信息處理等諸多領(lǐng)域提供一系列性能更高、功能更強(qiáng)的新型超薄光學(xué)器件。因此，對(duì)超表面特性及其實(shí)際應(yīng)用的研究具有非凡的意義。本文根據(jù)PB相位的相關(guān)理論并借助FDTD仿真方法重點(diǎn)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(shè)計(jì)了基于超表面的圓偏振分析器，并實(shí)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(gè)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(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高效率偏振轉(zhuǎn)化。借助數(shù)值仿真，設(shè)計(jì)了由矩形納米孔構(gòu)成且對(duì)線偏振光與圓偏振光均適用的高偏振轉(zhuǎn)化率超表面。同時(shí)，該超表面還被用于針對(duì)圓偏振光的半波片完成圓偏振轉(zhuǎn)化，以及用作四分之一波片來實(shí)現(xiàn)線偏振光到圓偏振光的轉(zhuǎn)化。

3、　　(3)提出了一種新的超透鏡設(shè)計(jì)方法，用于實(shí)現(xiàn)任意聚焦的功能。該方案將CGH方法與超表面對(duì)相位的調(diào)控能力相結(jié)合，提高了設(shè)計(jì)超透鏡的能力。通過仿真手段設(shè)計(jì)并驗(yàn)證多種超透鏡，例如軸上聚焦、離軸聚焦、兩點(diǎn)聚焦與多點(diǎn)聚焦超透鏡，展現(xiàn)出了超強(qiáng)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(zhuǎn)化效率的超透鏡。我們分別設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了軸上聚焦、離軸聚焦與四點(diǎn)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(guān)系。