金屬螺旋圓偏振器的原理研究和優(yōu)化設計.pdf

1、隨著現代社會的發(fā)展，圓偏振器作為光學領域中的重要偏振元器件，對其工作性能的要求越來越高。傳統的圓偏振獲取方法存在帶寬窄、不易集成等缺點，因此對圓偏振器的優(yōu)化設計具有重要意義。
　　2009年，德國J. K. Gansel等人首先利用金屬螺旋結構的電磁超材料，研制出圓偏振器，并獲得了圓偏振光，但其研究集中在單螺旋結構。研究發(fā)現，金屬螺旋圓偏振器的螺旋結構對其工作性能具有很大的影響，因此，論文研究希望通過優(yōu)化金屬螺旋圓偏振器的結構設計

2、，從而獲得具有更優(yōu)良性能的圓偏振器。研究主要包括以下三個部分：
　　首先研究分析了金屬螺旋圓偏振器的工作原理。金屬螺旋線柵與電磁波的相互作用十分復雜，論文主要根據螺旋天線理論，通過分析金屬螺旋線柵的激勵響應過程，從而獲得金屬螺旋圓偏振器能夠實現圓偏振選擇的原理。同時定性分析了其能夠實現寬帶頻率響應的原因。
　　其次研究總結了金屬螺旋線柵的結構參數對金屬螺旋圓偏振器工作性能的影響。研究工作以金屬單螺旋圓偏振器為例，采用數值模擬

3、的方法，分別研究了金屬螺旋線柵的螺旋直徑、螺旋圈數、螺旋節(jié)距、構建單元間距、螺旋線直徑這五個結構參數的變化對器件的工作帶寬和平均消光比等光學特性的影響，并歸納了它們之間的變化關系。
　　最后提出了對金屬螺旋圓偏振器的結構優(yōu)化設計。對金屬螺旋圓偏振器的優(yōu)化設計主要包括對金屬N螺旋結構的研究和對錐形金屬螺旋結構的研究。首先，在前期對金屬螺旋圓偏振器的工作原理和結構參數研究的基礎上，提出了金屬N螺旋結構的圓偏振器。分別研究了金屬雙、三、

4、四螺旋結構的光學性能的差異，它們相比于金屬單螺旋圓偏振器的工作性能都有一定的提升。另外，提出了一種錐形金屬螺旋結構的圓偏振器，這種結構是在均勻不變的金屬螺旋結構的基礎上，通過逐漸減小金屬螺旋的半徑獲得的。錐形金屬螺旋結構的圓偏振器在很好地擴展了工作帶寬的同時也使消光比有所提高。
　　論文對金屬螺旋結構參數的影響有了系統的研究成果，為以后金屬螺旋圓偏振器的結構優(yōu)化提供了指導依據及方向。另外，提出的金屬N螺旋結構和錐形金屬螺旋結構圓偏