螺旋金属线栅圆偏振器的研究

论文摘要

圆偏振器是光学领域的一种重要偏振元器件，它在偏振分光、彩色显示、激光技术等领域得到了令人瞩目的应用。目前在光学领域，获得圆偏振光通常做法是利用线偏振片和四分之一波片两个分离元器件构成圆偏振器，这种结构的缺点在于工作带宽窄且元件分立不易集成。利用螺旋金属线栅获取圆偏振光是在2009年9月由德国卡尔斯鲁厄大学的研究人员J. K. Gansel等首先实现的。但是他们研究范围仅局限于下面三个方面：1）器件为单螺旋结构；2）材料为金；3）工作波长范围在3~6微米的红外波段。本论文在J. K. Gansel的研究基础上，利用数值模拟的方法，进一步开展了下面两个部分的研究：第一部分对单螺旋金属线栅圆偏振器的研究。从J. K. Gansel等人的研究成果出发，依据麦克斯韦方程的尺度不变特征，通过改变结构参数，将单螺旋金属线栅圆偏振器的工作波段拓展到可见光波段和太赫兹波段，并详细分析了其工作带宽和消光性能。同时，我们还以太赫兹波段的单螺旋金属线栅圆偏振器为例，归纳总结出单螺旋金属线栅圆偏振器的工作带宽和消光比等光学特性与螺旋金属线栅结构参数之间的变化关系。第二部分对双螺旋金属线栅圆偏振器的研究。在前期对可见光波段的单螺旋金属线栅圆偏振器的研究基础上，我们提出了可见光波段的双螺旋金属线栅圆偏振器，并比较了两者在工作带宽和消光性能上的差异。另外，我们还首次提出了一种异质结双螺旋金属线栅圆偏振器，它主要是打破了构建单元内的螺旋线之间相互作用的平衡状态，使左旋的双螺旋金属线栅圆偏振器在降低左旋圆偏光透过率的同时，并不会太多地降低右旋圆偏光的透过率，从而使器件的消光性能得到了提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景及意义
• 1.3 螺旋结构电磁超介质的研究进展
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 螺旋金属线栅圆偏振器工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 圆偏振选择的原理
• 2.3 宽带频率响应的原理
• 2.4 本章小结
• 3 单螺旋金属线栅圆偏振器
• 3.1 引言
• 3.2 不同波段的单螺旋金属线栅圆偏振器
• 3.3 仿真设计概述
• 3.4 数值模拟结果及分析
• 3.5 本章小结
• 4 双螺旋金属线栅圆偏振器
• 4.1 引言
• 4.2 同质结双螺旋金属线栅圆偏振器
• 4.3 异质结双螺旋金属线栅圆偏振器
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文目录
• 附录 2 英文缩写对照表