基于相位恢复算法的太赫兹结构化光束产生研究

论文摘要

太赫兹波位于红外和微波波段之间,太赫兹波的诸多奇特性质使其拥有极其广泛的应用领域,太赫兹波已经成功应用于太赫兹通信,太赫兹无损检测等领域。近年来人们在太赫兹源和探测器件研究上取得了重大进步,但太赫兹波段的光场调制器件相比其他波段还较为匮乏,研究开发高效的太赫兹光场调制器件具有重要意义。利用太赫兹光场调制器件产生涡旋光束,贝塞尔光束等各种太赫兹结构化光束也是当前的一个研究热点。本文主要围绕太赫兹光场相位调制,提出了基于相位恢复算法的衍射型太赫兹光场相位调制器件通用设计方法及其在太赫兹结构化光束产生上的应用。分别研究了基于3D打印相位板的太赫兹平顶光束产生和基于全介质超表面的太赫兹相位全息系统。3D打印制作太赫兹光学器件具有成本低廉,加工效率高等优点,是近年来的研究热点。本文基于相位恢复算法设计了应用于太赫兹高斯光束整形的衍射相位板,并采用3D打印技术加工实验。在0.3THz波段成功产生了具有较高能量利用率和均匀度的平顶光束,在此过程中提出了对具有不规则表面形状相位板的三维打印模型建立的新方法。此外,研究设计了基于平顶光束和阵列式太赫兹探测器的大尺寸反射式主动照明成像系统,在0.1THz波段进行了大尺寸平顶光束的初步实验。数值仿真研究了基于平顶光束和柱透镜产生的太赫兹光片的光场传播行为,并基于太赫兹光片和太赫兹线阵探测器设计了新型太赫兹CT成像系统,可极大提高传统太赫兹CT的成像效率。最后,研究设计了应用于0.3THz波段相位全息的全介质超表面结构。采用时域有限差分(FDTD)数值仿真优化超表面单元结构并得到其对太赫兹光场的振幅和相位调制规律。基于相位恢复算法设计了可在固定平面上产生“HUST”字符的太赫兹相位全息超表面。对完整全介质超表面进行FDTD仿真,仿真结果和理论设计相符。此外,还研究了太赫兹波经过全息超表面调制后的光场传播行为。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 太赫兹源和探测器发展简介
•   1.3 太赫兹光场相位调制方法的研究进展
•   1.4 本文主要研究内容
• 2 相位恢复算法和3D打印技术简介
•   2.1 平面波的角谱理论介绍
•   2.2 相位恢复算法原理和介绍
•   2.3 基于相位恢复算法的太赫兹光场相位调制器件设计方法
•   2.4 3D打印技术简介
•   2.5 本章小结
• 3 基于相位恢复算法的太赫兹平顶光束产生及应用
•   3.1 太赫兹平顶光束整形系统设计
•   3.2 3D打印制作相位板
•   3.3 太赫兹平顶光束实验
•   3.4 太赫兹平顶光束实验结果分析
•   3.5 太赫兹平顶光束应用
•   3.6 本章小结
• 4 基于相位恢复算法的太赫兹相位全息研究
•   4.1 0.3 THz相位全息系统设计
•   4.2 0.3 THz相位全息全介质超表面设计
•   4.3 基于全介质超表面的0.3THz相位全息仿真结果和分析
•   4.4 关于0.3THz相位全息的进一步讨论
•   4.5 本章小结
• 5 总结与展望
•   5.1 全文工作总结
•   5.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 叶曦

导师: 杨振刚

关键词: 太赫兹,光场相位调制,相位恢复算法,平顶光束,打印相位板,全介质超表面

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: O441.4

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.001058

总页数: 65

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