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基于相位变换的偏振分离器研究

作　者: 颜文燕
导　师: 舒维星
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 变换光学变换介质偏振分束波前
分类号: O436.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

超常材料属于人工微结构材料，可按照人们的意愿调节其电磁特性，可实现一些奇异特性，具有天然材料所不具有的奇异特性，并带来了广泛的应用，如分辨率突破衍射极限的超透镜和电磁隐形。最近十年来，超常材料成为研究热点，其特别是坐标变换理论的指导下，提出和实现了众多新颖的光子器件。此种超常材料基于坐标变换理论，也被称之为变换介质。变换介质可灵活地引导和操控电磁波的传输。在本文中，我们根据变换光学理论，研究利用超常材料来设计偏振分离器，具体开展了如下工作：第一，我们研究利用变换介质实现偏振光的偏折。从常规的直接变换方法出发，建立了相位变换反变换的方法，即间接变换法能实现相同的效果。建立偏振光TE波、TM波偏折的坐标变换，得到介电常数和磁导率张量。TE波和TM波的偏折角度可以灵活操控。利用有限元分析方法进行全波仿真，结果与理论相符。第二，我们研究利用变换介质实现出射方向可控的偏振分离器设计。相位变换间接变换法可实现任意波前的变换，并且不会产生不规则的形状，运用变换光学，基于光束的偏振态，利用此种变换方法可实现混合波TE波和TM波分束。在变换介质中分别设置控制TE波和TM波偏折的角度，可实现TE波逆时针方向偏折，TM波顺时针方向偏折，因此TE波和TM波沿着不同的方向分离开来，得到出射方向可控的偏振分离器。并对所设计的器件进行全波仿真，理论得到验证。第三，我们研究利用变换介质实现出射波前可控的偏振分离器设计。利用相位变换间接变换法，还可操控出射波前，水平入射光束通过变换介质可偏折，出射光束的偏折角度可任意操控。还可实现出射波前由平面波前变换成曲面波前输出。出射波前可控的偏振分离器具有聚焦的功能。并对所提方案进行了数值仿真验证，模拟结果与理论相符。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
插图索引  10-11
第1章绪论  11-26
  1.1 引言  11-12
  1.2 变换光学  12-15
  1.3 变换光学理论的应用  15-25
    1.3.1 变换光学控制光束路径  15-21
    1.3.2 变换光学控制光束相位  21-24
    1.3.3 本文的研究意义  24-25
  1.4 本文的框架  25-26
第2章光的偏振  26-32
  2.1 引言  26
  2.2 偏振光  26-28
    2.2.1 偏振光的概念  26
    2.2.2 偏振光与自然光  26-27
    2.2.3 偏振光的分类  27
    2.2.4 偏振光的产生  27-28
  2.3 TM 波  28
  2.4 TE 波  28-29
  2.5 常规的偏振分离器  29-31
    2.5.1 光子晶体偏振分离器  29-30
    2.5.2 利用变换光学设计偏振分离器  30-31
  2.6 小结  31-32
第3章出射方向可控的偏振分离器  32-43
  3.1 引言  32-33
  3.2 光学路径长度  33
  3.3 相位变换间接变换法  33-35
  3.4 两个任意波前变换基本变换方法  35
  3.5 TE 波、TM 波偏折  35-36
  3.6 出射方向可控的偏振分离器  36-37
  3.7 仿真与讨论  37-41
    3.7.1 TE 波偏折数值模拟  37-38
    3.7.2 TM 波偏折数值模拟  38-39
    3.7.3 出射方向可控的偏振分离器数值模拟  39-41
    3.7.4 材料参数分布  41
  3.8 小结  41-43
第4章出射波前可控的偏振分离器  43-48
  4.1 引言  43
  4.2 变换介质设计  43-44
  4.3 数值模拟  44-47
    4.3.1 TM 波偏折聚焦  45
    4.3.2 TM 波偏折聚焦 TE 波水平出射  45-46
    4.3.3 TE 波、TM 波都偏折的偏振分离器  46-47
    4.3.4 出射波前可控的偏振分离器  47
  4.4 小结  47-48
结论  48-51
参考文献  51-56
致谢  56-57
附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录  57-58
附录B 攻读硕士学位期间参加的科研项目  58

基于相位变换的偏振分离器研究

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