基于超构表面的紫外波段光子自旋滤波器设计

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超构表面可以实现对电磁波的相位、振幅和偏振等特性的精准调控,因此在光学器件领域备受关注。紫外圆偏振光具有调控纳米生物组装体螺旋结构和提高光刻精度等功能,但获取紫外圆偏振光的光学系统存在集成度低和其偏振光纯度不能满足高精度需求等缺点。本文结合超构表面的技术特点和优势,提出了基于双层和单层的超构表面紫外波段光子自旋滤波器的设计方案,利用时域有限差分法对设计的模型及相关参数进行了仿真,并对超构表面调控紫外圆偏振光的机理进行了探讨。首先,介绍了基于超构表面的光子自旋滤波器的概念,总结了基于超构表面的偏振光学器件的特性与优势,分析了超构表面单元结构与偏振光学器件性能之间的调控关系。同时阐述了时域有限差分法的计算原理和基于超构表面的偏振光学器件的设计流程,为后续的仿真设计与分析奠定了基础。其次,依据几何相位原理设计了基于双层超构表面的紫外波段光子自旋滤波器,采用时域有限差分法对工作波长为370 nm和230 nm的光子自旋滤波器进行了仿真。通过调整结构单元的形状和尺寸,得出最优的结构单元参数;通过设计双层超构表面的相位分布,研究了超构表面对紫外光子自旋滤波器性能的影响。仿真结果表明,通过超构表面的结构优化能够实现紫外波段光子自旋滤波器的一体化设计,该设计能够提取出高偏振纯度的期望手性的圆偏振光。结合几何相位原理,对双层超构表面调控入射光的相位和偏振机理进行了探讨。最后,依据自旋复用原理设计了基于单层超构表面的紫外波段光子自旋滤波器,采用时域有限差分法对工作波长为370 nm和230 nm的光子自旋滤波器进行了仿真。通过调整结构单元的形状和尺寸,得出最优的结构单元参数;通过设计单层超构表面的相位分布,研究了超构表面对紫外光子自旋滤波器性能的影响。仿真结果表明,通过超构表面的结构优化能够实现紫外波段光子自旋滤波器的一体化设计,该设计在提取出高偏振纯度的期望手性的圆偏振光基础上,提高了透射率。结合自旋复用原理,对单层超构表面调控入射光的相位和偏振机理进行了探讨。
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