各向異性微納金屬結(jié)構(gòu)中電磁波不對稱傳輸?shù)难芯?/H1>
發(fā)布時間：2020-08-17 08:18
【摘要】：超材料(metamaterials)是21世紀物理學領(lǐng)域的新興詞匯,通常是指由人工設(shè)計的、任意或周期性排列的、亞波長介質(zhì)或金屬微納結(jié)構(gòu),也稱為特異材料或超構(gòu)材料。該類材料具有超常的物理性質(zhì),能夠?qū)崿F(xiàn)自然界中材料所不具有的特性。例如,光的磁環(huán)偶極共振、不對稱傳輸、異常折射等特性。由于超材料具有特殊的物理性質(zhì),所以能夠在未來的通信、探測、成像、傳感等方面產(chǎn)生深遠的影響。隨著超材料的發(fā)展,科學家逐漸開始研究超表面(極薄的超材料)材料,進一步讓世界知道了超材料的巨大應(yīng)用潛力。各向異性微納金屬結(jié)構(gòu)是超材料的一種,即該結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)隨著方向的改變而改變。通常情況下,當電磁波入射到各向異性微納金屬結(jié)構(gòu)時與結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用,產(chǎn)生的電磁效應(yīng)與入射電磁波的偏振方向有關(guān)。本論文主要從模擬計算和實驗驗證兩方面研究了各向異性超材料的不對稱透射情況,以及各向異性超表面的表面等離激元不對稱傳輸情況。不對稱透射的實現(xiàn),為光二極管、光隔離器、偏振開關(guān)等光學器件的研究開辟了新思路。表面等離激元的不對稱傳輸實現(xiàn)了對電磁波傳輸路徑的操控,完成了自旋調(diào)控電磁波傳輸方向等,在光電研究領(lǐng)域具有重要的意義。近年來不對稱傳輸由于其巨大的應(yīng)用潛力引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。本論文的主要內(nèi)容安排如下:(1)設(shè)計了長短金屬棒交替分布的雙層手性微納結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)即不具有鏡面對稱性,也不具有旋轉(zhuǎn)對稱性,可以在共振頻率下實現(xiàn)圓偏振光和線偏振光的不對稱透射效應(yīng)。重要的是在研究過程中發(fā)現(xiàn)長金屬棒的電偶極共振與短金屬棒的電偶極共振發(fā)生耦合時可以實現(xiàn)線偏振光的寬帶不對稱透射。當不斷改變短金屬棒的長度時可以調(diào)整不對稱透射的帶寬;(2)在微波段設(shè)計了雙層十字架微納結(jié)構(gòu)。在實驗和模擬上同時驗證了長短金屬棒的耦合作用可以實現(xiàn)線偏振的寬帶不對稱透射效應(yīng);(3)利用三層旋轉(zhuǎn)金屬棒微納結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了將y(x)偏振光在一個寬帶范圍內(nèi)單方向性的轉(zhuǎn)換為x(y)偏振光。當金屬棒層數(shù)不斷增加時偏振轉(zhuǎn)換的帶寬被加寬。由于偏振的轉(zhuǎn)換與入射光的傳播方向有關(guān),所以該工作實現(xiàn)了偏振的不對稱透射;(4)在工作(3)的基礎(chǔ)上,調(diào)整三層旋轉(zhuǎn)金屬棒的旋轉(zhuǎn)角度為?=22.5°,實現(xiàn)了將x偏振光沿+z和-z方向分別轉(zhuǎn)換為右旋和左旋圓偏振光;(5)為了增強近紅外波段不對稱透射的強度,提出了一個連續(xù)的Ω型結(jié)構(gòu)。首先在理論上實現(xiàn)了紅外波段不對稱透射的值為0.8。其次研究了實現(xiàn)高效不對稱透射的物理機制,及不同參數(shù)對不對稱透射強度的影響。最后該工作在實驗上制備了樣品,驗證了紅外波段不對稱透射的存在;(6)設(shè)計了具有簡并幾何數(shù)的橢圓納米狹縫結(jié)構(gòu)。首先研究了不同偏振的入射光照射到單個橢圓納米狹縫結(jié)構(gòu)時局域表面等離激元的分布情況。其次將單個微納結(jié)構(gòu)周期性排列成超表面時,實現(xiàn)了自旋不同的圓偏振光入射時橢圓納米狹縫結(jié)構(gòu)與空氣界面上等離激元的傳輸方向不同。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB30
【圖文】：
圖 1.1 人工超材料晶胞結(jié)構(gòu)與鈣鈦晶胞結(jié)構(gòu)對比示意圖9 年 Walser 首次提出了超材料[7]。 超材料研究的初期主要是在微波領(lǐng)、負折射率和完美透鏡等[8, 9]。近年來，超材料在光波段和太赫茲波起物理學、材料學、化學、工程學的廣泛興趣，成為了 2000 年以來
和不同取值表示的材料參數(shù)空間
圖 1.3 (a) Pendry 第一次在理論上設(shè)計的人工負磁導率材料；(b) Shelby 第一次在實驗上制備的左手材料[8, 9]材料作為近十幾年來發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域，其發(fā)展歷程主要可以歸納 Veselago 提出介電常數(shù)和磁導率都為負值的左手材料；1999 年 Pendry 教 【相似文獻】
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4 付紅橋,蔡淑琴;信息不對稱度及其變化規(guī)律研究[J];華中科技大學學報(自然科學版);2004年04期
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4 楊通
本文編號：2795062
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2795062.html
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本文編號：2795062
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