金屬螺旋圓偏振器的原理研究和優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，圓偏振器作為光學(xué)領(lǐng)域中的重要偏振元器件，對其工作性能的要求越來越高。傳統(tǒng)的圓偏振獲取方法存在帶寬窄、不易集成等缺點，因此對圓偏振器的優(yōu)化設(shè)計具有重要意義。
　　2009年，德國J. K. Gansel等人首先利用金屬螺旋結(jié)構(gòu)的電磁超材料，研制出圓偏振器，并獲得了圓偏振光，但其研究集中在單螺旋結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，金屬螺旋圓偏振器的螺旋結(jié)構(gòu)對其工作性能具有很大的影響，因此，論文研究希望通過優(yōu)化金屬螺旋圓偏振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2、，從而獲得具有更優(yōu)良性能的圓偏振器。研究主要包括以下三個部分：
　　首先研究分析了金屬螺旋圓偏振器的工作原理。金屬螺旋線柵與電磁波的相互作用十分復(fù)雜，論文主要根據(jù)螺旋天線理論，通過分析金屬螺旋線柵的激勵響應(yīng)過程，從而獲得金屬螺旋圓偏振器能夠?qū)崿F(xiàn)圓偏振選擇的原理。同時定性分析了其能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶頻率響應(yīng)的原因。
　　其次研究總結(jié)了金屬螺旋線柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)對金屬螺旋圓偏振器工作性能的影響。研究工作以金屬單螺旋圓偏振器為例，采用數(shù)值模擬

3、的方法，分別研究了金屬螺旋線柵的螺旋直徑、螺旋圈數(shù)、螺旋節(jié)距、構(gòu)建單元間距、螺旋線直徑這五個結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對器件的工作帶寬和平均消光比等光學(xué)特性的影響，并歸納了它們之間的變化關(guān)系。
　　最后提出了對金屬螺旋圓偏振器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。對金屬螺旋圓偏振器的優(yōu)化設(shè)計主要包括對金屬N螺旋結(jié)構(gòu)的研究和對錐形金屬螺旋結(jié)構(gòu)的研究。首先，在前期對金屬螺旋圓偏振器的工作原理和結(jié)構(gòu)參數(shù)研究的基礎(chǔ)上，提出了金屬N螺旋結(jié)構(gòu)的圓偏振器。分別研究了金屬雙、三、

4、四螺旋結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能的差異，它們相比于金屬單螺旋圓偏振器的工作性能都有一定的提升。另外，提出了一種錐形金屬螺旋結(jié)構(gòu)的圓偏振器，這種結(jié)構(gòu)是在均勻不變的金屬螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過逐漸減小金屬螺旋的半徑獲得的。錐形金屬螺旋結(jié)構(gòu)的圓偏振器在很好地擴展了工作帶寬的同時也使消光比有所提高。
　　論文對金屬螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響有了系統(tǒng)的研究成果，為以后金屬螺旋圓偏振器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了指導(dǎo)依據(jù)及方向。另外，提出的金屬N螺旋結(jié)構(gòu)和錐形金屬螺旋結(jié)構(gòu)圓偏