飛秒激光對納米光學(xué)天線的調(diào)控及電控超表面光開關(guān)的研究.pdf

1、超表面是一種特殊的人造亞波長結(jié)構(gòu)，通常由周期排布的納米天線構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)對電磁波的調(diào)制，改變電磁波的傳播方式，設(shè)計出一系列光學(xué)器件。納米天線是超表面的基本組成單元，通過對納米天線的分析可以深入了解超表面的工作機(jī)理。金屬天線可以在共振波長處局部增強(qiáng)光場，而低損耗高折射率的介質(zhì)天線則具有米氏電磁共振，金屬與介質(zhì)形成的混合天線既可以得到場域增強(qiáng)，又可以具有磁共振響應(yīng)，因此混合型納米天線具有獨(dú)特的光學(xué)特性，更具研究意義。
　　近年來，越來越

2、多的人致力于研究性能可調(diào)控的超表面，因?yàn)樗鼈兛捎糜谥苽湟恍┕δ軇討B(tài)可調(diào)的光學(xué)器件，如光開關(guān)、調(diào)制器等。其中的調(diào)控激勵一般由光、磁、機(jī)械、電控制以及熱能等方式實(shí)現(xiàn)。此外，納米天線性能的調(diào)控也是研究熱點(diǎn)，對納米天線的調(diào)控分為改變天線設(shè)計的被動控制和改變介質(zhì)介電常數(shù)的主動控制。
　　本論文主要研究飛秒激光對納米光學(xué)天線的調(diào)控及電控超表面光開關(guān)。首先我們利用飛秒激光這種被動控制方式熔化單粒子納米天線和雙粒子納米天線中的金屬天線，使金屬天線

3、的外形不斷變化。此時混合天線的近場及遠(yuǎn)場特性均得到了明顯的調(diào)控作用，如共振頻率、電場強(qiáng)度、頻寬、Purcell因子和能量圖等。進(jìn)一步的對比研究發(fā)現(xiàn)，雙粒子混合天線的調(diào)控效果優(yōu)于單個納米粒子的調(diào)控效果。
　　其次，我們還提出了兩種基于超表面的電控制硅基光開關(guān)。第一種是一字型分離超表面光開關(guān)，開關(guān)效應(yīng)體現(xiàn)在0°正常入射時，反射光束在不同異常反射角（-10°和42°）之間的偏轉(zhuǎn)。第二種是嵌入式三角形連續(xù)超表面光開關(guān)，開關(guān)效應(yīng)體現(xiàn)在0o正