基于變換光學(xué)產(chǎn)生空心光束的研究.pdf

1、超常材料能實(shí)現(xiàn)自然材料不具備的介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，展現(xiàn)奇特的電磁特性，成為了近年來的研究熱點(diǎn)。變換光學(xué)理論為利用超常材料操控電磁波提供了理論方法。結(jié)合變換光學(xué)理論與超常材料，研究者已經(jīng)設(shè)計(jì)出了許多新穎的電磁器件，如隱形斗篷、相位變換器、偏振旋轉(zhuǎn)器等，可以用來靈活地調(diào)控電磁波的傳播路徑、相位和偏振。
　　近年來，具有特殊電磁性質(zhì)的空心光束在操控微觀粒子、光通信與光成像，以及材料激光加工等方面帶來諸多應(yīng)用，引起了研究者的廣泛關(guān)注。但是目

2、前產(chǎn)生空心光束的方法存在一些不足。因此本文提出利用變換光學(xué)設(shè)計(jì)三維介質(zhì)板來調(diào)控電磁波的相位和偏振，并由此產(chǎn)生空心光束。具體來說，本文開展了如下工作:
　　1.利用阻抗匹配介電平板調(diào)控三維空間中電磁波的相位，產(chǎn)生空心光束。基于等光程原理，保持空間光程函數(shù)的形式不變，利用反變換方法設(shè)計(jì)具有規(guī)則形狀的相位面轉(zhuǎn)換器;在保持色散關(guān)系不變的前提下，通過合理調(diào)節(jié)材料的參數(shù)，將變換介質(zhì)的磁導(dǎo)率變?yōu)槌?shù)1，即實(shí)現(xiàn)非磁性;采用非線性坐標(biāo)映射函數(shù)來確保

3、設(shè)計(jì)出來的變換介質(zhì)在出射界面的阻抗與自由空間的阻抗相匹配?；谏鲜龇椒ǎ疚脑O(shè)計(jì)阻抗匹配的三維介電平板來實(shí)現(xiàn)會聚透鏡的電磁功能以及產(chǎn)生空心光束和空心光阱。最后利用時(shí)域有限差分法對所設(shè)計(jì)的介質(zhì)板進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　2.利用坐標(biāo)變換方法，設(shè)計(jì)介電平板來調(diào)控電磁波的偏振，并產(chǎn)生矢量偏振空心光束。根據(jù)半波片的電磁特性和柱矢量光束偏振態(tài)的空間分布，設(shè)計(jì)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)半波片光軸方向在空間中的連續(xù)變化，繼而得出相應(yīng)變換介質(zhì)的材料參數(shù)，實(shí)現(xiàn)利用變