基于各向異性超材料的寬帶偏振轉(zhuǎn)換器件研究.pdf

1、圓偏振光在手性結(jié)構探測及三維立體顯示方面具有重要應用。傳統(tǒng)的方法是利用一定厚度的雙折射晶體來實現(xiàn)線偏振光到圓偏振光的轉(zhuǎn)換，但是由于雙折射率較小導致器件體積很大，不利于與其他光學元器件進行片上集成。超材料表現(xiàn)出傳統(tǒng)材料所不具有的奇特光學現(xiàn)象及材料特性，已經(jīng)為實現(xiàn)高效偏振轉(zhuǎn)換提供了許多種新奇的解決方案。具有模式雙折射的各向異性超材料也可以用來實現(xiàn)線-圓偏振轉(zhuǎn)換，但是兩個正交方向的光波之間的相位差色散嚴重，導致工作帶寬較窄。為了解決這個問題，

2、本文提出，通過將兩個相位差梯度相反的各向異性超材料結(jié)構集成在一起，來削弱相位差色散。結(jié)果表明利用該設計思路可以在寬頻范圍內(nèi)實現(xiàn)π/2的相位延遲，進而實現(xiàn)寬頻偏振轉(zhuǎn)換。本文主要研究工作包括：
　?。?）利用金屬-電介質(zhì)多層板構成的各向異性超材料（AMM）在寬頻范圍內(nèi)實現(xiàn)了線偏振光和圓偏振光之間的有效轉(zhuǎn)換。長方形橫截面的AMM波導陣列存在較大的模式雙折射率，可以用來操控偏振態(tài)。研究了如何通過使用雙層堆疊式AMM波導陣列來實現(xiàn)弱色散的相

3、位差。兩個不同AMM波導陣列引入的相位差及相位差梯度的符號相反，使得最終的相位延遲表現(xiàn)出弱色散。通過將AMM波導的傳播特性與傳輸矩陣結(jié)合，從理論上推導并得出了實現(xiàn)透射波無色散相位差的條件。進一步，指出所設計的基于雙層堆疊式AMM波導的1/4波片可在寬頻范圍內(nèi)有效地將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。此外，線偏振度近似等于1及線偏振角大致等于45°的頻率范圍與工作頻率范圍是一致的。這為開發(fā)太赫茲波段的實用偏振轉(zhuǎn)換器提供了一個很有前景的方法。

4、　?。?）利用支持低頻類表面波的金屬柵（MG）陣列在寬頻范圍內(nèi)實現(xiàn)了高效線-圓偏振轉(zhuǎn)換并進行了實驗驗證。兩個偏振方向正交的光波在MG陣列中的傳播常數(shù)不同，因此MG陣列具有模式雙折射。單個MG陣列只能實現(xiàn)窄帶的線-圓偏振轉(zhuǎn)換。通過數(shù)值仿真和實驗測試研究了如何利用由兩個不同的MG陣列組合而成的雙層堆疊式MG陣列在寬頻范圍內(nèi)實現(xiàn)常數(shù)π/2的相位延遲。兩個不同MG陣列的引入的相位差及相位差梯度的符號相反，導致整體相位延遲在一段寬頻范圍內(nèi)色散很弱