【摘 要】
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近年来,物联网、大数据及人工智能等领域的快速发展,对信息存储技术提出了更高的要求。传统信息存储方式寿命短、能耗高、存取速度慢,而傅里叶变换全息存储具有寿命长、能耗低、存取速度快及密度高的优势。傅里叶变换器件是傅里叶变换全息存储系统的关键部件,并且在空间滤波、光计算、光子芯片等领域中具有广泛的应用。现有用于全息存储的傅里叶变换器件聚焦焦斑是衍射受限的,难以满足更高密度全息存储的需求。针对傅里叶变换器
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近年来,物联网、大数据及人工智能等领域的快速发展,对信息存储技术提出了更高的要求。传统信息存储方式寿命短、能耗高、存取速度慢,而傅里叶变换全息存储具有寿命长、能耗低、存取速度快及密度高的优势。傅里叶变换器件是傅里叶变换全息存储系统的关键部件,并且在空间滤波、光计算、光子芯片等领域中具有广泛的应用。现有用于全息存储的傅里叶变换器件聚焦焦斑是衍射受限的,难以满足更高密度全息存储的需求。针对傅里叶变换器件的聚焦焦斑无法突破衍射极限问题,本文应用了一种基于角谱传播理论和海洋捕食者优化算法的超分辨傅里叶变换器件设计方法,采用亚波长几何相位超原子对光场进行相位调控,实现了一种大角度超分辨傅里叶变换器件。本文主要工作如下:（1）分析了傅里叶变换器件研究现状,得出了现有傅里叶变换器的焦斑无法突破衍射极限的问题,针对该问题提出了本文的研究内容。（2）分析了透镜的傅里叶变换性质及作为傅里叶变换器件重要判据的阿贝正弦条件。利用角谱传播理论,推导出了在线偏振光入射时,傅里叶变换器件传播面光场的角谱衍射计算公式,建立了傅里叶变换器件的计算模型。（3）采用海洋捕食者优化算法,设计了一种带孔径光阑的大角度超分辨傅里叶变换器件,器件的工作波长λ为632.8 nm、数值孔径NA为0.25、半径100λ、焦距70λ、孔径光阑半径18λ。设计结果表明:器件在半视场角0°～65°范围内,焦斑的半高全宽最大为1.9282λ,小于衍射极限2.0077λ（0.5λ?NA）,焦斑的旁瓣比最大为13%,焦斑的横向偏移量与入射角度的正弦值的线性相关系数为0.9999,最大偏移量为40.1μm。（4）设计出了基于无定形硅的几何相位超原子单元结构,完成了对大角度超分辨傅里叶变换器件的FDTD仿真验证。仿真结果表明:在半视场0°～50°范围内,焦斑的半高全宽最大为1.9982λ,小于衍射极限,焦斑的旁瓣比最大为14%。焦斑的横向偏移量与入射角度的正弦值的线性相关系数、最大偏移量与设计结果吻合。
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