基于橢圓形介質超表面結構的光束調控研究.pdf

1、偏振是電磁波最重要的性質之一，調控電磁波的偏振態(tài)在光學應用和科技研究中至關重要。Metasurface是一種能夠完全控制電磁波的新型平面結構，它的厚度遠小于入射光波長。然而，由于金屬的歐姆損耗，已經實現的透射型金屬超表面效率普遍很低。特別地，介質超表面能夠高效的實現對電磁波的任意控制，因此介質超表面結構在透鏡、波束調控、光學全息和結構光產生等領域具有廣泛的應用前景。本論文的工作是對介質超表面結構的光束調控進行研究，主要工作如下：

2、　　首先，設計了兩種基于非晶硅的寬頻帶、高效率的偏振轉換器。研究結果表明，寬帶偏振轉換器在300nm帶寬內將95%以上的同極化線偏振光轉化為交叉極化偏振光，交叉極化透射率超過90%。而且，當入射角為30°時，寬帶偏振轉換器仍能在很寬的頻帶內保持良好的性能。為了將交叉極化偏振光與同極化偏振光在空間分離，我們選擇了幾個大小不同的橢圓非晶硅天線集合成一個周期，實現了方向性的偏振轉換器。這個方向偏振轉換器的交叉極化透射相位能覆蓋2π相位范圍，而

3、且方向偏振轉換器在1250 nm-1550 nm范圍內，能將90%以上的同極化線偏振光轉化為交叉極化偏振光，交叉極化透射率超過85%。與金屬超表面相比，介質超表面能夠完全控制電磁波的偏振和相位，并且在很寬的頻率范圍內保持很高的效率。
　　其次，提出了兩種基于非晶硅的偏振分束器。設計的偏振分束器實現了圓偏振光的偏振轉換和異常折射光的控制，展示了寬頻帶和高效率的波前控制。研究結果表明，第一個偏振分束器在300nm帶寬內的交叉極化透射率