梯度相位超材料的偏振特性研究

作     者：江中蛟 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱正

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：超构材料 梯度相位超构表面 传输效率 非对称传输 

摘      要：超构材料的发展历程已经跨越半个多世纪了,其具有的独特电磁特性让超构材料从被发现至今一直成为光学、电磁学、物理学等多个领域的研究热点,人们试图利用这种特殊的材料实现对光的人为操控。梯度相位超构表面是超构材料领域的一个重要分支,早期对梯度相位超构材料的研究主要是基于微波段和太赫兹波段,近期在光波段展开对超构材料的研究成为一种趋势,本论文主要设计了两种复合型的梯度相位超构表面,在近红外波段对这两种结构的传输特性进行详细的研究分析,主要研究其具有的非对称传输现象以及优化其在光波段的反射传输效率。我们的主要工作内容如下:(1)设计了一种双层混合矩形梯度相位超构表面,在200THz到450THz频段范围,首先研究圆偏振光入射条件下,单层矩形梯度相位结构的传输特性,基于单层结构的研究结果,我们进一步研究了双层结构的反射和透射传输特性,通过CST仿真计算,我们发现这种梯度相位结构对圆偏振光具有非对称传输现象。通过研究,我们还发现在谐振频率处这种双层梯度相位结构的反射交叉偏振传输效率可以达到60%以上,同时其反射共偏振的传输效率却接近于零,进一步对这种双层梯度相位结构进行参数扫描,分别改变金属层厚度和中间间隔层厚度从40nm增加至100nm,能够实现反射交叉偏振传输效率达到72%,同时降低反射共偏振传输效率至0。(2)设计了一种复合U形梯度相位超构表面,首先研究了圆偏振入射时,单层U形梯度相位结构在光波段的传输特性,我们发现在200THz至450THz之间,单层U形梯度相位结构的透射和反射传输效率曲线存在两个谐振峰,通过对单层结构传输特性进行对比,发现它们的传输曲线存在一定的互补对称性。然后我们研究了复合U形梯度相位结构的传输特性,发现这种结构在对圆偏振光具有较强的非对称传输现象,非对称传输系数达到0.43,同时我们发现这种结构对反射共偏振和反射交叉偏振的传输存在很大的差异,在谐振频率处,反射交叉偏振传输效率可以达到50%以上,此时的反射共偏振传输效率低于10%,我们进一步进行参数优化,可以实现反射交叉偏振传输效率达到78%,而反射共偏振传输效率可以降低至零。