基于超表面的分束器的研究

论文摘要

光波的调制在通信、成像、辐射等应用方面具有极高的学术和应用价值。超表面,被视为二维的超材料,集成度高,从出现至今一直受到极大的关注。超表面能够在亚波长尺度内实现对光的相位、振幅和偏振的调制。广义散射定律的出现,使得超表面设计灵活。从N.F.,Yu等人在2011年首次提出超表面概念至今,高效率的反射阵射阵和透射阵超表面已被提出并通过实验验证。反射阵超表面显著的特点是结构的底层一定是厚厚的金属层,其作用在于使得透射率为零,反射率较高。透射阵超表面显著的特点是结构中只由无损的电介质材料构成,不存在金属材料。根据超表面在亚波长尺度内的光调制能力,已经实现平面光学元件,像是平面透镜、四分之一波片以及光偏转器等。本文中基于广义透射定律,于532nm的入射波长处实现了高效率的异常透射现象,且根据超表面中设置的相位梯度不同,实现了三种不同的异常透射现象,异常透射角分别为33.7o、21.7o以及16o,透射率全部大于85%。且在设置相位差为90o时,通过不同的单元结构组合实现了相同的异常透射现象,证明了超表面在光调制中十分方便和高效。吸收器作为超表面的重要应用之一,在热发射器和太阳能等领域具有重要应用价值。使用Au进行了吸收器的设计,通过扫描确定了不同几何参数对吸收率的影响,并最终实现了在紫外和可见光波段的高效率吸收器,通过电场分析确定了表面等离激元的激发。在之前关于分束器的研究中多是采用反射阵超表面实现的,且多集中于对近红外波段。我们利用了具有偏振敏感性的透射阵超表面实现在可见光波段的分束器,并且此分束器可以应用为高性能的折射率传感器。根据结构的旋转对称性,我们的分束器能对X偏振和Y偏振入射光实现可选的散射方向。利用透射阵超表面进行折射率传感器的设计,需要在一定折射率范围内实现透射谱或者反射谱中谐振峰的位移。根据旋转对称性,我们实现的分束器能够对X偏振或Y偏振入射光实现可选择的散射方向。我们的折射率传感器可以检测折射率从1.30到1.39的变化,且具备高达92333的FOM*数值。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 超表面的发展
•   1.2 广义散射定律
•   1.3 反射阵超表面
•     1.3.1 金属反射阵超表面
•     1.3.2 电介质反射阵超表面
•     1.3.3 纳米电路反射阵超表面
•   1.4 透射阵超表面
•     1.4.1 电介质透射阵超表面
•     1.4.2 惠更斯超表面
•     1.4.3 纳米电路超表面
•   1.5 超表面的应用
•     1.5.1 平面相位匹配元件
•     1.5.2 分束器
•     1.5.3 吸收器
•   1.6 论文的主要工作内容
• 第二章 超表面相关理论
•   2.1 FDTD算法的简单介绍
•   2.2 等效介质理论
•   2.3 周期性结构的FDTD计算方法
•   2.4 电介质材料的电磁特性
•   2.5 金属材料在光学频率下的反射特性
•   2.6 表面等离激元
•   2.7 本章小结
• 第三章 异常透射现象和吸收器的实现
•   3.1 异常透射现象的实现
•   3.2 吸收器的实现
•   3.3 本章小结
• 第四章 分束器及其传感器的应用
•   4.1 透射阵分束器
•   4.2 环境折射率传感器应用
•   4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 本文总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何凯

导师: 刘义东

关键词: 超表面,超材料,吸收器,分束器,折射率传感器

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 电子科技大学

分类号: O436;TB34

总页数: 63

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