【摘 要】
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随着光学领域研究的不断深入,人们一直都在尝试利用各种技术手段实现对光的幅值,相位和偏振态的有效调控。超构材料和超构表面具备不同于自然界材料的独特性能,从而为光操纵提供了一种新的手段。基于惠更斯基本原理的惠更斯超构表面通过设计单元结构形成等效的惠更斯源,在理论上被认为能够实现对光的幅值、相位和偏振的全方位调控,受到很多人的关注。本论文主要研究太赫兹波段的惠更斯超构表面,实现高效的光相位调控。目前,关
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随着光学领域研究的不断深入,人们一直都在尝试利用各种技术手段实现对光的幅值,相位和偏振态的有效调控。超构材料和超构表面具备不同于自然界材料的独特性能,从而为光操纵提供了一种新的手段。基于惠更斯基本原理的惠更斯超构表面通过设计单元结构形成等效的惠更斯源,在理论上被认为能够实现对光的幅值、相位和偏振的全方位调控,受到很多人的关注。本论文主要研究太赫兹波段的惠更斯超构表面,实现高效的光相位调控。目前,关于惠更斯超构表面的研究主要集中在光相位调制,如实现异常折射或反射。当前已有的惠更斯超构表面设计通常具有较高的传输效率。然而,它们也具有复杂的单元结构设计,增加了制造难度,也难以向更高频率扩展。非金属材料的惠更斯超构表面设计具有很高的效率,对工艺的要求也更高。因此,针对以上的问题,本文设计一种结构简单的双层金属惠更斯超构表面。分析了双层金属结构实现惠更斯源的机理,进一步利用仿真分析了该结构的金属欧姆损耗和介质损耗。通过改变单一结构参数,该双层金属结构就能够实现透射光的2π相位控制。双层金属超构表面具有简单的结构设计,有利于物理实现。理论及仿真分析了超构表面的异常折射现象。仿真结果显示,双层金属结构的超构表面能够实现偏转角度19.8度的异常折射,其效率达66%。为了实现多功能的超构表面,在双层金属结构设计的基础上,提出了三层金属结构的超构表面,具备异常折射和异常反射功能。通过改变两个结构参数,能够实现对透射光、反射光的2π相位控制。通过合理的优化,设计及分析了两种不同功能的超构表面。结果表明,该超构表面能够实现偏转角度27.6度的异常折射,异常折射效率达62%。也可设计成异常反射超构表面,能够实现偏转角度27.6度的异常反射,异常反射效率达到60%。
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