人工电磁超表面在显示技术中的应用.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN011密级：公开UDC：535学号：151172人工电磁超表面在显示技术中的应用研究生姓名：张瑞文导师姓名：屠彦申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称光学工程论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称学位授予日期2018年月日答辩委员会主席李晓华评阅人张雄张毅2018年6月5日硕士学位论文人工电磁超表面在显示技术中的应用专业名称：光学工程研究生姓名：张瑞文导师姓名：屠彦THEAPPLICATIONOFELECTROMAGNETICMETASURFACEIND

2、ISPLAYTECHNOLOGYAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZhangRuiwenSupervisedbyProf.TuYanSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityMay2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中

3、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和

4、纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要全息显示是一种真三维显示技术，是最具有吸引力的显示技术之一。然而，目前广泛应用在全息显示系统中的核心光学元件尺寸偏大。人工电磁超表面（Metasurface）是超材料的二维形式，是一种由亚波长结构尺寸的各向异性的二维天线阵列组成的平面器件。超表面器件的尺寸优势和灵活

5、的光场调制功能，可满足广角全息显示系统的全息光学元件的超轻、薄需求。本论文主要尝试将超表面器件应用在显示技术领域。首先研究了一种基于传输相位型超表面设计的具有偏振独立特性的光束偏折器件。设计得到振幅均等且相位延迟间隔相差45°的八个U形硅纳米天线单元，通过理论推导和模拟仿真验证其偏振独立特性；在此基础上，设计了光束偏折器件，验证其对线偏振光和圆偏振光的偏折效果的一致性，分析得到工作波长和晶胞单元长度对器件的光束偏折性能以及偏振独立性的影响。研究了一种基于红、绿、蓝三基色的硅天线的几何相位型超表面器件。几

6、何相位型超表面具有消色差的相位调制功能，硅介质结构在具有在可见光波段的低损耗特性，通过模拟仿真，优化结构参数，获得了三种不同尺寸的超表面单元结构，并且抑制非工作波段附近的响应。基于硅天线超表面单元的研究结果，设计了基于广角成像的超表面全息元件。分析了可见光波段工作的硅天线超表面全息元件的广角成像性能及成像质量的影响因素，得到结论有图案取样数量为128×128基本已经能够满足对于简单图案的超表面全息广角成像的要求。基于硅天线超表面全息单元的设计，使用联合仿真技术对天线阵列排布进行优化，设计得到调制性能优异

7、的超表面计算全息元件，研究得到基于Dammann光栅概念的多超晶胞全息器件能有效抑制全息再现图像的散斑效应，基于所设计的超表面全息器件，利用空分复用方法实现彩色计算全息成像。关键词：超表面，计算全息，广角成像IAbstractAbstractHolographicdisplay,atrulythree-dimensionaldisplaytechnology,isoneofthemostattractivedisplaytechnology.However,thekeyopticalelementswi

8、delyusedintheholographicdisplaysystemareinlargesize.Metasurface,atwo-dimensionalformofmetamaterial,isaplanarelementcomposedofanisotropictwo-dimensionalantennaarraysinsubwavelengthscale.Duetotheadvantagesofsmallsizeandthefl