基于介质超表面的中红外偏振器件设计

• 作 者: 田丽华
• 出 处: 合肥工业大学
• 发表日期: 2018年期
• 关键词: 介质超表面 中红外 偏振

超表面由亚波长单元结构组成,可以用来局部控制透射或反射电磁波的相位,振幅和偏振特性。不同于传统光学器件依靠传播距离调控电磁波,超表面可以在亚波长结构上引入相位突变,调控更为便捷。近些年来,介质超表面实现电磁波调控越来越受到关注,因为其结构简单、低损耗、便于集成等优点,在实际应用中具有极大的优势。现有的超表面光学器件的研究在可见光和通信波段发展迅速,而中红外波段也具有极大的应用价值,包括生物、医疗以及军事等多个领域,因此将超表面用到中红外电磁波调控具有潜在的应用价值。本文基于全电介质超表面,在中红外波段设计了多种光学器件,并通过FDTD仿真计算分析其性能。本文的研究内容如下:(1)利用双相位调制法,设计出可以同时调控两种偏振态相位的单元结构。并以此设计了三种中红外偏振器件,包括偏振分束器、光束偏转器和双偏振态聚焦透镜。硅在中红外具有高透特性,因此采用柱形硅作为超表面的结构单元。通过几何优化,实现超表面对入射光的相位调制。(2)设计了一种中红外偏振产生器。基于双相位调制法,利用三组双偏振态聚焦透镜的组合,同时生成六种不同偏振态的透射光并聚焦到不同位置。通过对超表面阵列结构进行优化,实现聚焦所需的双曲线型相位分布,并使用不同偏振态的入射光对结构分别进行仿真计算。(3)设计了一种基于电介质超表面的中红外反射式滤波器。采用圆柱形阵列结构,利用介质共振产生的反射峰,实现波长选择。研究了共振器主要结构参数、入射光的偏振态以及入射角度分别对反射峰对应波长的影响,总结了滤波器共振波长以及工作波段的调控方法。