【摘 要】
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光在不同物质间传播,会因界面折射率突变而改变传播方向,但这样的方向偏转往往是锐利的,偏转也会受到材料限制。为了任意调控光的偏转,科学家提出了变换光学设计思想,利用麦克斯韦方程组在坐标变换下的形式不变性,设计所需的介质材料折射率分布。但这样设计的光场偏转调控器件,往往存在折射率奇异点（无穷或零）,只有将其消除才便于实际制备。绝对器件是光场偏转调控的典型器件之一,具有无像差成像特性,在雷达探测和光学成
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光在不同物质间传播,会因界面折射率突变而改变传播方向,但这样的方向偏转往往是锐利的,偏转也会受到材料限制。为了任意调控光的偏转,科学家提出了变换光学设计思想,利用麦克斯韦方程组在坐标变换下的形式不变性,设计所需的介质材料折射率分布。但这样设计的光场偏转调控器件,往往存在折射率奇异点（无穷或零）,只有将其消除才便于实际制备。绝对器件是光场偏转调控的典型器件之一,具有无像差成像特性,在雷达探测和光学成像有重要应用。其中的伊顿透镜能控制平行光线偏转180°,但偏转角度过于单一,对光场进行自由偏转调控使得实际中需要更多角度的广义伊顿透镜。我们基于变换光学和绝对器件对光场调控进行研究,先是消除材料的奇异点,验证了材料非均匀和各向异性的等价性;推广多角度调控的广义伊顿透镜,首次发现其完美双虚像特性;最后将多个广义伊顿透镜组成光学滑轮以进行片上多角度偏转设计。本文主要内容如下:（1）基于保角变换光学,采用一个特定的变换函数消除非均匀各向同性材料中的光学奇异点,建立其与均匀各向异性材料之间的等效联系,仿真验证消除奇异点后在几何和波动光学上偏转调控等效性,并且保持变换区域外的光线传播,在此基础上设计了偏转角度依材料不同介电常数和磁导率而定的光分束器;（2）从Luneburg R.K.的经典理论出发,推导出能使光线偏转任意角度的广义伊顿透镜的折射率分布的隐式表示,分析得出存在折射率解析式的仅有90°、180°、300°、360°、540°、900°、1260°伊顿透镜,首次发现广义伊顿透镜存在两个完美虚像,并用开源软件Dr.TIM清晰验证了该理论;（3）将广义伊顿透镜组成光子晶体,结合其在波动光学领域产生的不同于几何光学的现象,探究不同偏转角度对广义伊顿透镜光子晶体能带结构的影响;将多个广义伊顿透镜组合构建光学滑轮,可实现片上多角度光场偏转调控设计,并将其变换为相应的测地线透镜来为片上集成提供思路。
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