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        《中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)》 2019年
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        大視場級聯超表面透鏡的聚焦與成像設計方法研究

        何德偉  
        【摘要】:在常用的光學成像系統中,傳統透鏡主要依賴光在傳播過程中因透鏡厚度差而產生相位差的工作原理,實現聚焦與成像的功能,這對透鏡的面形和厚度有著嚴格的要求,因而不利于光學系統的集成化和輕量化。超表面是一種由亞波長尺度的單元結構材料組合而成的陣列型膜層器件,又被稱為二維超構材料,它能夠通過自身亞波長單元結構陣列與電磁波束的相互作用,實現對電磁波振幅、偏振態、相位等基本信息的靈活調控。相比于傳統光學透鏡,超表面透鏡表現出傳統透鏡不具備的輕量化、平面共形、方便集成等優越特性,因而被廣泛應用于平面成像、全息成像、光束整形、超分辨光刻等研究領域。因此,超表面透鏡有望突破傳統光學透鏡面形與尺寸厚度的限制,成為下一代光學器件。然而,在實際成像應用中,單層超表面透鏡僅能對小入射角度的光束進行調制,而軸外像差嚴重,極大限制了超表面透鏡的成像應用。為了獲取更大視場范圍內的物空間信息,實現大視場成像,本文對超表面透鏡的視場受限問題進行了分析研究,在紫外光與可見光波段內,提出了兩種解決超表面透鏡視場受限的方案,主要如下:1.在紫外光375nm處,設計了偏振無關的雙層級聯超表面透鏡,采用傳輸相位作為超表面透鏡單元結構的相位調制方法,通過不同尺寸T_iO_2圓形納米柱對線偏振入射光進行兩次非球面相位調制,實現了60°視場范圍內接近衍射極限的偏振無關聚焦與成像。2.在可見光532±5nm波段,設計了基于幾何位相的三層級聯超表面透鏡,通過不同旋向T_iO_2矩形納米柱單元結構對左旋圓偏振入射光進行相應非球面相位調制,實現了90°視場范圍內10nm帶寬接近衍射極限的聚焦與成像。
        【學位授予單位】:中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)
        【學位級別】:碩士
        【學位授予年份】:2019
        【分類號】:TH74;O439

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