基于U形納米天線陣列的多焦點透鏡的研究.pdf

1、傳統(tǒng)光學器件對光束波前的調(diào)制是通過光束經(jīng)過器件時的連續(xù)相位延遲積累實現(xiàn)的，而超表面（metasurface）對光束的相位調(diào)制是不連續(xù)的。超表面是由一系列具有納米尺寸的等離子體天線單元組成的超薄金屬平板，或單層，或多層，尺寸很小，對光束波前可以實現(xiàn)2π范圍的靈活調(diào)制。組成超表面的天線形狀不同，其性能也大不相同。U形孔徑天線超表面是在單層金板上刻蝕一系列U形槽，相對于其它超表面，U形孔徑天線超表面結(jié)構(gòu)更加簡單，厚度僅有幾十納米。本論文基于U

2、形孔徑天線超表面進行了多種基礎光學元件的研究，包括光學分束，折射率傳感，單焦點聚焦，偏振態(tài)檢測及多焦點透鏡。
　　本文首先進行了基于超表面的廣義Snell定律的推導，利用U形孔徑天線超表面實現(xiàn)了反常折射現(xiàn)象，驗證了廣義Snell定律的準確性。進而利用超表面分區(qū)設計的方法設計實現(xiàn)了多光路分束。推導出了反常折射角與環(huán)境折射率的理論關系，模擬仿真得到了反常折射角與環(huán)境折射率的響應曲線，驗證了超表面的折射率傳感功能。根據(jù)傳統(tǒng)柱透鏡的相位調(diào)

3、制曲線，設計實現(xiàn)了基于U形孔徑天線超表面的單焦點透鏡，得到了很好的聚焦仿真結(jié)果。接著探究了入射光偏振態(tài)對相應功能的影響，發(fā)現(xiàn)U形孔徑天線超表面對入射光的不同偏振態(tài)（左旋圓偏振或右旋圓偏振）表現(xiàn)出完全相反的現(xiàn)象，即利用U形孔徑天線超表面可以實現(xiàn)偏振態(tài)檢測功能。
　　本文最重要的一部分工作是多焦點聚焦透鏡的設計仿真。多焦點透鏡一般采用透鏡陣列方法，這種方法設計的透鏡之間的干涉現(xiàn)象比較嚴重，影響成像質(zhì)量。本文介紹了一種新型簡單的類光學全