改变表面结构提升光子晶体平板的成像质量

作     者：朱兆杰 

作者单位：上海理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：童元伟

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：负折射 光子晶体 表面结构 半高宽 成像质量 

摘      要：1968年,前苏联科学家Veselago首次提出负折射率材料的概念。负折射率材料具有负折射效应、逆多普勒效应、逆切连科夫效应等奇异的物理效应。这些特殊的物理性质为负折射率材料带来了广泛的应用前景。然而自然界中不存在介电常数与磁导率同时为负值的负折射率材料,因此人们一直在寻找人造负折射率材料。光子晶体,一种由电介质周期性排列而成的具有光子带隙的人工微结构材料,在禁带附近的某些波段等效折射率为负值。光子晶体负折射效应的发现使许多基于负折射率材料特殊物理性质的应用有了实现的可能,能够克服衍射极限的光子晶体负折射率平板透镜就是其一。光子晶体的负折射效应、自准直效应、近场散射效应等物理性质都在光子晶体平板成像中起作用。光子晶体近场成像中自准直效应起主导作用,非近场成像中负折射效应起主导作用。光子晶体成像的质量主要通过像的强度和分辨率来评判,而成像的分辨率的大小主要由像点光强分布的半高宽来决定。本文首先对负折射率材料概念及其特殊的物理性质作了介绍,然后介绍了光子晶体的特性和研究光子晶体的理论方法,最后研究了基于负折射效应的二维光子晶体平板透镜的成像性质及光源位置移动和光源频率小幅度波动时光子晶体平板成像的稳定性。我们运用改变表面结构的方法来提升光子晶体平板的成像质量。通过精确的数值模拟和物理分析,发现由于耦合效率和材料的各向同性等因素的影响,原始设计的光子晶体透镜的成像质量并不理想。通过改变光子晶体平板的表层结构可以大幅度提升其成像的分辨率,而且改变后的光子晶体透镜在光源位置移动和光源频率小幅度波动时成像的稳定性都优于原始设计的光子晶体透镜。