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基于负折射特性的超透镜能够突破衍射极限,实现亚波长成像,这一特殊的物理现象吸引了众多科学家的关注与研究。作为制作超透镜的典型材料,光子晶体(PhotonicCrystal,缩写为:PC)本身并不具有负折射特性,但是通过改变介电常数和利用几何关系因素可以等效地实现光子晶体的负折射效应。本文通过利用等效负折射光子晶体(NegativeRefractive-PhotonicCrystal,缩写为:NR-PC)平板透镜实现目标探测成像系统,优化了目标探测成像系统的性能,对实现小目标的探测及成像具有重要意义。
本文首先研究了掺杂或者有损耗的二维NR-PC平板透镜对目标探测成像的影响。仿真结果显示,当复有效介电常数虚部为负值时(即基底介质中掺入激活介质),再聚焦分辨率能够有效提高;复有效介电常数虚部为正值时(考虑基底介质损耗),NR-PC平板透镜对光波的聚焦能力减弱,再聚焦分辨率降低。同时,再聚焦分辨率的大小与掺杂的浓度以及损耗大小密切相关。该研究找出了一种影响NR-PC平板透镜目标探测扫描的潜在因素。
其次,研究了有缺陷的二维NR-PC平板透镜对目标探测成像的影响。通过在二维NR-PC平板透镜中引入简单的点缺陷以及线缺陷,讨论相应结构的负折射特性,继而研究不同缺陷结构的NR-PC平板透镜对目标再聚焦分辨率的影响。研究发现,合理引入缺陷能够提高平板透镜对光波的聚焦能力,从而提高再聚焦分辨率。在NR-PC平板透镜中掺入金属也属于引入缺陷的一种方式。二维NR-PC平板透镜掺入金属缺陷后,如果原子的辐射频率和引入缺陷出现的定域化的缺陷模频率一致,光子禁带中会出现品质因子非常高的杂质态,便可实现自发辐射增强。该研究为优化目标探测扫描系统提供了一种有效途径。
最后,研究了二维复式晶胞NR-PC平板透镜。通过设置,得到了三种具有等效负折射效应的光子晶体平板,分别是方格晶胞、圆形晶胞以及上、下半圆形晶胞光子晶体平板。仿真结果显示,当利用这三种复式晶胞光子晶体平板对目标进行探测扫描时,上、下半圆形晶胞光子晶体平板性能最好,再聚焦分辨率为0.219λ。该研究为实现目标探测扫描提供了新模型。