亚波长线偏振光栅阵列及全斯托克斯偏振器阵列的理论与实验研究

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1、学校代码：１０２化学号：２０１３４２３９０２４＇溫ＳＯＯＣＨＯＷＵＮＩＶＥ民別ＴＹ…‘＞＇１１１ｍ１ＩＢＢ＾ＬＩ．＾；：：；：亚波长线偏振光栅阵列及全斯托克斯偏振器阵列的理论与实验研究ＩｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｏｎｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｔｈｉｘｅｌａｔｅｄｌｉｎｅａｒａｎｄｇｇｐｆｉｉｌｌＳｔｏｋｅｓｍｉｃｒｏｏｌａｒｉｚｅｒａｒｒａｐｙ研究生姓名王长江指导教师姓名王钦华专业名称光学工程研究方向微纳光学设计与

2、制造所在院部物理与光电？能源学部论文提交日期２０１６年５月苏州大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研巧工作所取得的成果。除文中已经往明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。＂－＞足日期、＞论文作者签名：矣衣：［学位论女使巧授权声明本人完全了

3、解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定，即；学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸质论文一■的內答相致。办州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献信息情报中屯、、中国科学技术信息研究所（含万方数据电子出版社）、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅，可［＾＾采用影印、缩印或其他复制手段俱存和汇编学位论文，可臥将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检。索涉密论文□本学位论文属在年＿＿月解密后适巧本规定。非

4、渉密论文－论文作者签名：王衣注日期：Ｍ、科飞导师签名：杂日期：八心是幸吗亚波长线偏振光栅阵列及全斯托克斯偏振器阵列的理论与实验研究中文摘要亚波长线偏振光栅阵列及全斯托克斯偏振器阵列的理论与实验研究中文摘要偏振作为光的基本属性之一，包含着被测物体的众多特征信息，随着成像技术的不断发展，将偏振探测技术与成像技术相结合的偏振成像技术在目标识别方面有着越来越重要的作用，获取目标偏振信息成为偏振成像技术的重中之重。本文提出并研究了一种红外波段（3μm-5μm）的基于亚波长双层金属光栅的像素式微型线偏振阵列以及一种近

5、红外波段（1.6μm）的新型像素式全斯托克斯偏振成像阵列。利用等效介质理论和时域有限差分的数值计算方法，详细研究了器件在工作波段的偏振传输特性。主要工作和成果如下：（1）详细介绍了亚波长金属光栅偏振特性的理论和设计方法以及实验制备技术。设计了一种带有过渡层的双层金属光栅，利用时域有限差分法对光栅参数进行模拟优化，获得结构最佳参数，并将其应用在像素式微型线偏振器阵列中，可以同时获取物体不同方向的偏振信息，实现对物体的线偏振成像。理论表明所提出的双层金属光栅不仅可以具有较高的透过率（>89%）和消光比(>58dB)，而且

6、其对占空比，金属光栅高度以及过渡层高度具有很高的容忍度，大大降低了实验制备难度。利用激光直写设备制作了多取向（偏振方向分别为0°，45°，90°以及135°）的周期为300nm的双层金属光栅阵列，并对样品性能进行了检测，测试表明在波长3μm-5μm处透过率高于46%，消光比大于23.8dB。（2）提出并模拟设计了一种新型的全Stokes矢量微型偏振器阵列。通过在硅基底上设计基于手性金属结构的圆偏振器与金属线偏振光栅集成，可用于实时的全Stokes偏振成像。此手性结构的圆偏振器在1.6μm波段可以阻止左旋圆偏振光通过，

7、而使右旋圆偏振光通过，实现了高效左右旋圆偏振光的区分作用；不同取向的金属光栅可以获得物体不同方向的线偏振信息。同时，由于圆偏振器的结构与线性光栅类似，I中文摘要亚波长线偏振光栅阵列及全斯托克斯偏振器阵列的理论与实验研究可以通过相同的实验平台和工艺进行制备。通过数值模拟，研究了圆偏振器各参数对偏振器性能的影响，获得了圆偏振器的最佳参数。数值模拟结果表明，在1.6μm波长处，右旋圆偏振光的透过率可达60%，圆偏振器的二向色性可达56%，线偏振光栅（周期200nm）的消光比可达56dB，TM偏振光透过率可达85%，具有很好

8、的偏振性能。关键词：偏振成像；双层金属光栅；像素式微型偏振器阵列；全斯托克斯偏振成像；时域有限差分法作者：王长江指导老师：王钦华IIInvestigationonsubwavelengthpixelatedlinearandfullStokesmicropolarizerarrayAbstractInvestigationonsubwavele