NR-PC平板透鏡在聚焦成像和目標(biāo)探測中的應(yīng)用研究.pdf

1、基于負(fù)折射特性的超透鏡具有亞波長成像特性,可突破傳統(tǒng)光學(xué)成像的衍射極限,這一新穎的物理特性和誘人的應(yīng)用前景引起了世界范圍內(nèi)科學(xué)研究人員的廣泛關(guān)注,并已成為當(dāng)前國際電磁學(xué)界和光電子學(xué)界非常前沿和熱門的研究領(lǐng)域之一。其中,光子晶體便是制作這種超透鏡的典型材料。光子晶體(PhotonicCrystal,即縮寫為:PC)是一種介電常數(shù)隨空間周期性變化的新型電磁材料,通過改變其介電常數(shù)和巧妙利用幾何關(guān)系因素可以等效地實現(xiàn)負(fù)折射效應(yīng),即可以用等效折

2、射率neff來描述光在此晶體中的傳播,由此產(chǎn)生等效負(fù)折射光子晶體(Negative,Refractive-PhotonicCrystal,即縮寫為:NR-PC)概念。
　　 本文首先利用矢量平面波法討論了二維三角晶格光子晶體的等效負(fù)折射特性,并得出其等效折射率neff≈-1時所對應(yīng)的歸一化頻率f≈0.3068。之后,對NR-PC的光能透射特性進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)由于微禁帶及共振激發(fā)效應(yīng),光波透射率在波源歸一化中心頻率為fc=0.30

3、68處可得到極大的提高,即可以出現(xiàn)極強(qiáng)的受激輻射放大現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上,討論了單個NR-PC平板透鏡的聚焦成像條件及規(guī)律,并對由兩個NR-PC平板組成的透鏡組對點(diǎn)光源的聚焦成像規(guī)律進(jìn)行了理論推導(dǎo)及驗證,得出單個NR-PC平板透鏡與相應(yīng)NR-PC平板透鏡組對點(diǎn)光源的成像規(guī)律等效一致的結(jié)論。
　　 之后,借助二維時域有限差分法研究了二維三角晶格等效負(fù)折射光子晶體(NR-PC)平板透鏡在光波目標(biāo)探測掃描中的重要作用。理論分析及數(shù)值模擬得

4、到:當(dāng)選取歸一化中心頻率為fc=0.3068的點(diǎn)光源入射該NR-PC平板透鏡時,在目標(biāo)處將會產(chǎn)生極強(qiáng)的后向散射波,相應(yīng)后向散射波的再聚焦橫向掃描分辨率和圖像分辨率有極大的提高。同時,當(dāng)利用NR-PC平板透鏡對目標(biāo)進(jìn)行動態(tài)掃描探測時,目標(biāo)的后向散射波再聚焦分辨率較未使用NR-PC平板透鏡時提高近4倍。此外,通過將組合透鏡掃描方案與常規(guī)動態(tài)掃描方案、非動態(tài)掃描方案進(jìn)行對比,可以發(fā)現(xiàn)組合透鏡掃描可以極大地提高系統(tǒng)的圖像分辨率,具有一定的優(yōu)越性

5、。最后,討論了NR-PC平板透鏡厚度的不同對目標(biāo)掃描探測系統(tǒng)性能的影響,發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的再聚焦分辨率會隨著NR-PC平板透鏡厚度的增加而得到明顯提高,并最終趨于一個常數(shù),說明利用有限厚度的NR-PC平板透鏡可以近似實現(xiàn)理想無窮厚度下對目標(biāo)的高分辨率探測。
　　 本文提出的基于NR-PC平板透鏡的目標(biāo)探測系統(tǒng)可以在LHM平板透鏡難以涉足的光波目標(biāo)掃描探測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,該研究對優(yōu)化探測成像系統(tǒng)的性能、實現(xiàn)小目標(biāo)的探測及成像具有十分重要