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基于超表面的近红外光偏振调控器件研究的开题报告
一、选题背景
超表面是一种集成了大规模子波长结构的二维物质，可以通过精细的设计使其具有高度的光学调控能力，可广泛应用于信息、通信、光电子等领域。其中，近红外区域的光学特性尤为突出，可以实现其它波段难以达到的高效率、高速率的光通信和光控制。近年来，超表面技术在调制型光栅、频率选择表面、偏振旋转镜等方面都取得了不同程度的应用和研究，并取得了较好的效果。因此，基于超表面的近红外光偏振调控器件研究是当前光电领域中的一个重要研究方向。
二、选题意义
光偏振调控器件具有广泛的应用前景，如：光通信、生物医疗等领域。当前，液晶晶体、半导体和波导等偏振调控器件有一定应用。然而，这些传统的偏振调控器件存在许多问题，如体积较大、制作工艺复杂、成本高、稳定性和可靠性差，因此可以研究基于超表面的光偏振调控器件。超表面具有小型化、低成本、可定制性和可靠性等特点，可以优化光学设计，实现高度有效的光偏振调控。
三、研究内容和关键技术
（一）研究内容
本课题选取超表面做为平面二维结构，探寻其在近红外光学波段的偏振调控能力。主要研究内容包括：
1.探究超表面的基本原理和理论模型，分析其理论性能和实用性，设计和优化超表面结构。
2.研究超表面对近红外光的偏振调控特性，分析其参数对调制效果的影响。
3.基于超表面结构设计实现l、2、3掌性分子的近红外光偏振调控，探寻超表面技术在生物医疗领域中的应用。
（二）关键技术
本研究将面临以下关键技术难点：
1.超表面设计和制备：为了达到研究要求，需要设计出能够展现出理想模式参数的超表面结构，并且在制备过程中需要保证原子层制备、表面光滑度以及结构的准确可控性。
2.近红外光解调技术：超表面对偏振的调控涉及到精确调控的近红外光的处理，因此需要高质量的光学元件和设备，即光谱仪、宽带峰分辨光谱仪、偏振片、衰减片等专业设备。
3.数据分析和建模技术：本研究需要对大量的实验数据进行处理和分析，需要运用多种数据处理方法和分析工具，同时为了深入了解超表面结构的优化和工作原理，还需要运用多种数学和物理模型。
四、研究方法
本课题将采用以下方法：
1.理论设计：基于经典电动力学原理，应用有限元电场计算软件（COMSOLMultiphysics）等，设计计算近红外波段下超表面的在不同偏振角下的透射及反射特性。
2.实验研究：通过制备大面积的超表面器件，在前期建立起一套标准的实验系统的基础上，研究超表面的偏振调控效应，测定超表面器件的偏振转换率和偏振转换效率。
3.数值模拟：通过建立磁学和电学多物理场有限元分析模型，在其中添加各种描述超表面理论设计的参数，模拟近红外光作用于超表面时的场和偏振多种参数量级，得出预期变化幅度。
五、进度安排
按照先理论设计、再结合实验研究的实践方式，共分四个阶段：
1.第一阶段：调研和预备，包括对近红外光调控器件、超表面及近红外光源的研究，对有关文献和数据的收集和整理，对实验设备和样品制备进行选择和采购，用时2个月。
2.第二阶段：超表面设计和制备，包括超表面参数的理论模型建立、超表面结构设计、制备和光学表征。用时4个月。
3.第三阶段：实验研究，包括超表面偏振调控性能测试、数据分析和建模，并对超表面的稳定性和可靠性进行评估。用时6-8个月。
4.第四阶段：结果分析和论文撰写，主要包括实验结果汇总、数据处理、成果总结和论文撰写。用时2-3个月。
六、预计成果
1.设计出一种近红外光偏振调控器件，并对超表面的设计、制备和性能进行深入的研究。
2.建立超表面的光学模型，分析其偏振调控原理和效果，为超表面技术在光通信、光电子、生物医学等领域中的应用奠定理论基础。
3.发表相关论文、专利或项目报告，推动超表面技术的研究和应用。