介質基人工電磁表面的設計與應用研究.pdf

1、隨著微納加工技術的發(fā)展和對電磁波研究的深入，人們發(fā)現可以利用微納結構控制電磁波的傳播行為，實現自然界中材料無法產生的特殊現象，從而實現許多新的現象和應用。這種微納結構材料被稱為人工電磁材料，人工電磁表面是人工電磁材料的二維實現形式，作為人工電磁材料的重要方向之一，人工電磁表面具有損耗低，加工方便等一系列優(yōu)勢，基于人工電磁表面的應用包括電磁隱身，光的異常折射，全息圖，平面透鏡等。在本論文中，我們對介質基人工電磁表面在電磁波調控方面進行了研

2、究。主要包括線偏振光自旋分束器件的設計，人工電磁表面透鏡的設計研究，基于石墨烯表面對入射紅外光透過率的調控研究等。
　　首先，我們在近紅外波段利用人工電磁表面實現了透射式光子自旋霍爾效應。從瓊斯矩陣出發(fā)，利用坐標變換計算出線偏振光自旋分束的透射式人工電磁表面結構的兩種實現條件，基于計算結果設計了人工電磁表面結構的具體實現方式，并在1550 nm工作波長下進行了仿真驗證。然后，我們通過引入背景相位梯度同時將出射旋光偏折一個角度，從而

3、達到非對稱自旋分束效果。在這項工作的基礎上，受到編碼式人工電磁表面設計思路的啟發(fā)，我們設計了可調型的人工電磁表面結構，它可以通過入射線偏振光偏振方向的改變來調制出射圓偏振光的方向。
　　其次，我們擴展了全息Gerchberg-Saxton(G-S)迭代算法的應用范圍。研究了人工電磁表面在計算全息圖方面的應用，目前普遍采用的計算全息圖的方法為G-S迭代算法，即通過全息面和目標像面通過菲涅爾衍射算法反復迭代優(yōu)化，最終獲得全息面的相位分

4、布。我們在此基礎上，通過設置兩個目標面，在兩個目標面和全息面之間進行反復迭代優(yōu)化，最終獲得的人工電磁表面可以在入射平行光的照射下產生一束光在不同位置呈現出不同的平面信息，并通過Matlab計算驗證。
　　接著，我們討論了人工電磁表面透鏡相對于菲涅爾透鏡的優(yōu)勢，在單個人工電磁表面透鏡上解決了多波長工作的問題。研究了基于介質的人工電磁表面透鏡和傳統菲涅爾透鏡在相關性能上的差異，通過仿真驗證，我們發(fā)現在色散方面兩種透鏡相同，都是基于類光

5、柵式的設計思路。但是在大數值孔徑下，人工電磁表面透鏡在聚焦效率，衍射抑制等方面均優(yōu)于菲涅爾透鏡。并且針對目前人工電磁表面透鏡色散較大的問題，我們設計了能同時工作在紅綠藍(RGB)三個波長下的多通道人工電磁表面透鏡，通過設置濾光片的方式避免了不同的通道之間產生的干擾問題，在單個透鏡上解決了多波長工作的問題。并通過仿真對聚焦效果進行了驗證。由于人工電磁表面透鏡的優(yōu)勢在于超薄超輕，因此非常適合應用于航空航天，導彈導引等對成像系統的質量體積有特