微波段相位叠加型超表面透镜的优化设计

发布时间：2021-02-02 11:23

　　随着纳米技术的快速发展,人工电磁超表面结构进入人们的视线,这种新型的人工复合结构具有自然材料所不具有的特殊物理特性,因此超表面结构目前已被深入地研究和广泛地应用在各个领域。超表面可被理解为由周期分布的单元结构根据特定规律组合而成的二维平面结构,通过其单元结构在电磁波传播过程中引入突变相位来控制电磁波波前,有效的对电磁波幅度和相位进行调控。设计超表面来实现相关的光学透镜功能是超表面的重要应用领域之一。鉴于此,本文设计微波段的相位叠加型超表面结构来实现具有不同功能的超表面透镜,实现对电磁波人为调控。首先,本文对相位非连续的单元结构在电磁波传播过程中提供相位突变的机理进行了研究。从几何光学的基本原理出发,结合费马原理和斯涅尔定律推导了广义折射定律和反射定律,通过引入庞家莱球对Pancharatnam Berry（P-B）相位原理进行分析,并提出了有关电磁波极化的相关概念。同时就有关本文设计的超表面透镜产生的波束类型进行了介绍。其次,本文基于广义斯涅尔定理和P-B相位原理设计了单层带条型和双层开口环型两种不同类型的单元结构。其中单层带条型单元实现了四种具有不同功能的相位叠加型超表面透镜:（1）... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

相位突变单元及其构成的等相位面分布

图 1-2 传统透射光学器件、衍射光学器件及消球差超表面透镜对比[21]种由介质单元结构组合而成的二维消球差超表面透镜，可以将不波汇聚于同一点处。另一方面，通过对单元结构的大小即排列方变，便可实现其他功能的消球差超表面透镜，如设计反射型超表光波段实现 60 nm 带宽的波束汇聚[22]。国斯坦福大学先进材料课题组通过仿真分析证明，交错排列不同元件，不需要降低子元件的数值孔径，便可实现多功能的光波个理论，他们提出了一种新型的多功能超表面透镜，当三种不同时入射超表面区域时，三种波长的出射波可汇聚于同一平面，同离，如图 1-3 所示。

面透镜实现空间不同点汇聚及色彩分离 1-3 空间成像超表面透镜实现色彩分离出，完美的解决了传统光学器件在轨道角动量（Orbital Angular Mom在光通信领域展现了巨大的应用前，体积较大的光学透镜在整个系统波束时，其成像结果较为不清晰，的超表面结构进入人们的视线，即前进行控制。为了获得涡旋波束，中累积的相位差，在设计超表面时，使得左旋圆极化入射波在通过超右旋圆极化波是能够获得所需的具 1-4 所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]宽频带雷达散射截面缩减相位梯度超表面的设计及实验验证[J]. 李勇峰,张介秋,屈绍波,王甲富,陈红雅,徐卓,张安学.  物理学报. 2014(08)
[2]用于相位突变界面的广义的反射定律和折射定律[J]. 孙彦彦,韩璐,史晓玉,王兆娜,刘大禾.  物理学报. 2013(10)
[3]用反射式纯相位液晶空间光调制器产生涡旋光束[J]. 薄斌,门克内木乐,赵建林,程明,杜娟,宁安琪.  光电子.激光. 2012(01)
[4]透镜轴棱锥光学系统设计[J]. 卢文和,吴逢铁.  红外与激光工程. 2011(02)
[5]光学涡旋产生方法的分析与研究[J]. 陈君,胡承忠.  泰山学院学报. 2010(06)
[6]空心光束的产生及其在现代光学中的应用[J]. 印建平,刘南春,夏勇,恽旻.  物理学进展. 2004(03)



本文编号：3014613