基于超透镜的光束变换结构研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yjun198
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
超表面是一种二维人工材料,由亚波长尺度的单元结构组成。它的出现实现了对电磁波振幅、相位以及偏振等特性自由而高效的调控。相比于传统的光学元件,超表面具有超薄、损耗小、易加工、易集成、表面可共性设计等突出特点。除此之外,超表面能够引起光波(电磁波)局部相位的突变,比传统的光学元件多了新的调控自由度,可以产生一些新颖有趣的光学现象,已经在超分辨率成像、电磁隐身、全息显示、医学监测、信息加密以及量子通信等领域表现出巨大的应用潜力和价值,是近年来超材料领域的研究热点。随着光学技术的不断发展及其在通信、医学、航天航空、军事和工农业等方面应用范围的日益扩大,实际上需要解决许多光束变换的问题,比如准直、扩束/缩束、聚焦、耦合、合成/分解、整形等。其中,光波的扩束/缩束是一个基础且重要的研究课题。本文旨在充分发挥超表面在光场调控中的巨大优势并拓展其实际应用,提出了一种基于超表面的平面透镜结构以实现光束的尺寸变换,具体研究内容如下:1、研究了高对比度型和几何相位型两种超表面相位调控机理。基于波导效应,采用在可见光波段几乎没有吸收损耗的二氧化钛(TiO2)材料,通过Lumerical公司的光子学仿真软件FDTD Solution(Finite Difference Time Domain,FDTD)进行仿真计算,讨论 了 不同高度以及不同占空比圆形纳米柱的透射率和相位的变化,找到了一组具有相同单元周期和高度但不同半径的纳米柱,其透射率可以始终保持在91%以上,并且可以实现完整的2π相位调控。基于几何相位的概念,利用矩形纳米柱的各向异性,通过对其进行不同角度的旋转以调控电磁波相位。在532 nm的右旋圆偏振光垂直入射的情况下,单元结构的偏振转换效率高达95%。结合透镜聚焦需要满足的相位条件,对以上两种不同类型的超表面进行聚焦仿真。在532 nm工作波长下数值孔径为0.65的高对比度型超透镜焦斑最小为0.8λ,实现了接近衍射极限的聚焦。仿真得到的透镜孔径角和理论之间的偏差仅为1.9%,具有较好的吻合度。数值孔径为0.65的几何相位型超透镜仿真焦距和预设焦距偏差最小为0.75%。分析了相位采样和衍射对超透镜聚焦效率的影响并进行优化设计,高对比度型超透镜优化后聚焦效率最高达57.9%,焦斑最小为0.79λ。通过仿真证明了我们设计的超透镜聚焦性能良好。2、提出了一种基于超透镜的光束变换结构,它的工作原理与望远镜类似,由大直径的顶部超透镜和小直径的底部超透镜组成,入射平面波经过该结构之后被很好地限制在和底部超透镜一样大小的尺寸范围内以近似平面波的形式向前传播,并且该尺寸范围内的透光率达到55.9%。另外,我们还发掘了该光束变换结构在实现低噪声探测方面的应用潜力,得到了该结构和Si探测器集成后的光束传播情况,FDTD的仿真结果显示了该结构优良的光束变换性能。这为拓展超表面在弱光探测领域的应用提供了理论指导。3、基于GaAs基外延结构进行湿法腐蚀实验,通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分析腐蚀结果,深入讨论了湿法腐蚀与GaAs晶体结构之间的关系,并比较了甲醇:磷酸:双氧水=3:1:1和磷酸:双氧水:水=3:1:1两种腐蚀液的各向异/同性腐蚀情况,得到两种腐蚀液的腐蚀速率分别为0.589 μm/min(0℃)和2.8218 μm/min(室温),为实现光束变换结构的高通量、低成本的实验制备提供了一个参考方向。
其他文献
太赫兹时域光谱技术作为一种新兴的光电探测技术,具有大带宽、高信噪比、强灵敏度等特点,能够快速地获取样品的光学常数,在太赫兹通信、环境监测、食品质量安全等方面都有着巨大的应用前景。然而,该技术在食品安全检测方面还存在识别准确率不高、探测速度过慢等劣势。机器学习作为人工智能领域的重要分支,通过模拟人类的学习行为,进而完成海量数据的处理,同时保持高鲁棒性和运行效率。为进一步探究太赫兹时域光谱技术在食品安
众所周知,人工神经网络是受生物神经网络系统的启发而出现的,目的是通过不断研究和模拟大脑神经网络的结构和机理,逐步实现人工神经网络系统的智能化。忆阻器不但具有记忆特性,还具有低功耗、易集成的优势,被认为是模拟生物神经元突触的理想器件。利用忆阻代替电阻模拟神经元突触构建的人工神经网络,称为忆阻神经网络。神经网络还是一种高度非线性的网络结构,具有非线性系统的动力学特征,同步就是非常常见的一种。采用合适的
通过对国内外药品生产质量管理规范中有关质量保证规定的梳理,从质量管理角度对质量保证系统进行分析,明确药品生产企业质量保证系统及其各要素.通过对近几年国内外药品检查中发现的药品生产企业在质量保证系统中存在缺陷的分析,对文件管理、偏差处理、变更控制、质量回顾、自检与外部检查、投诉、不良反应报告与监测、纠正与预防措施、召回、管理评审等质量保证系统各关键要素常见问题进行总结与提炼.为我国制药行业进一步加强质量保证系统的建设提供参考,同时也为药品检查工作中对质量保证系统相关要素的高效检查提供借鉴.
近二十多年来,多种因素导致临床上侵袭性真菌感染的发病率不断上升,在各种疾病治疗过程中过多使用化学治疗或放射治疗,使机体免疫功能受到损伤或出现缺陷,增加了真菌感染的发病率.侵袭性真菌感染主要是真菌侵入患者的机体,侵袭各个组织、器官和血液系统,导致患者出现严重的炎症反应和组织损伤.而抗侵袭性真菌感染的新药研发远不能满足临床治疗的需要.二十多年来临床上使用的安全有效品种主要是三唑类、多烯类及棘白菌素等3类药物,并且受到耐药性和不良反应等因素的制约,研发新型抗真菌药已迫在眉睫.2002年6月,美国Scynexis
恶性肿瘤和糖尿病均已逐渐成为中国常见的慢性非传染性疾病,两者关系密切,糖尿病患者中多种恶性肿瘤的发生风险增加、致死率高、预后不良,肿瘤患者中血糖升高很常见.部分恶性肿瘤可导致高血糖和(或)糖尿病,恶性肿瘤的治疗(包括手术应激、化疗药物、放射治疗、糖皮质激素、多种靶向药物、免疫检查点抑制剂的应用等)过程中可能出现高血糖和(或)糖尿病,统称为肿瘤相关性高血糖.肿瘤相关性高血糖在临床上管理难度大,血糖控制情况的好坏与恶性肿瘤患病风险及不良预后密切相关,目前尚无相关的指南可用于指导临床诊治和管理.因此,恶性肿瘤相
前列腺癌是常见的男性恶性肿瘤之一,其发病率位居男性恶性肿瘤第二位.前列腺癌的发病率居于所有男性恶性肿瘤首位.中国男性的前列腺癌发病率低于欧美国家,但随着生活方式、饮食习惯的西化以及人均寿命延长,前列腺癌的发病率也呈现逐年升高的趋势.雄激素受体(androgen receptor,AR)在前列腺癌的发生、发展过程中扮演着重要角色,抑制AR信号转导通路是前列腺癌治疗的基础,比如在去势抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer,CRPC)治疗中,使用AR拮抗剂能够竞