【摘要】：傳統(tǒng)光學(xué)器件通常基于光的反射、折射以及衍射,同時(shí)改變自身的厚薄程度來(lái)改變光程,以實(shí)現(xiàn)相位控制。累積光程的多少通常與器件的厚薄程度成正比。所以,傳統(tǒng)光學(xué)器件自身的尺寸是工作波長(zhǎng)的數(shù)百倍。因此,設(shè)計(jì)一種能夠靈活調(diào)控電磁波的新型超薄平面光學(xué)材料具有重要的意義。本文中,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)由磁性特異電磁介質(zhì)構(gòu)成的超表面結(jié)構(gòu),通過(guò)改變體系的外加磁場(chǎng)和超表面上的梯度可以實(shí)現(xiàn)電磁波的非互易傳輸。第一章,我們介紹了超表面產(chǎn)生的背景和超表面的概念,同時(shí)簡(jiǎn)要介紹了超表面的相關(guān)特性和超表面的一些應(yīng)用。最后,給出了本文的主要研究?jī)?nèi)容和基本框架。在第二章中,我們介紹了一些關(guān)于電磁波非互易傳輸?shù)臍v史文獻(xiàn)。利用梯度光子晶體可以實(shí)現(xiàn)電磁波的非互易傳輸。利用特異介質(zhì)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異電磁介質(zhì)也可以實(shí)現(xiàn)電磁波的非互易傳輸。此外,還簡(jiǎn)單介紹了一些利用傳統(tǒng)材料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電磁波非互易傳輸?shù)姆椒�。第三�?我們介紹了本文所采用的理論方法。考慮到我們研究的對(duì)象是由單晶釔鐵石榴石構(gòu)成的二維圓柱形磁性特異電磁介質(zhì),首先我們利用圓柱矢量波函數(shù)展開(kāi)入射波和散射波,然后利用Mie散射理論推導(dǎo)出單個(gè)鐵氧體柱的散射系數(shù),之后利用多重散射理論,通過(guò)計(jì)算光子色散曲線和場(chǎng)模式分布得到電磁超表面的散射特性。最后,根據(jù)上述理論,我們得到并分析了各種電磁超表面的古斯-漢欣位移情況。在第四章中,我們給出了一個(gè)利用磁性電磁超表面實(shí)現(xiàn)電磁波的非互易傳輸?shù)姆椒�。我們從能帶結(jié)構(gòu)角度出發(fā)分析了非互易現(xiàn)象出現(xiàn)的物理機(jī)理。利用電磁超表面的磁響應(yīng)特性,可以通過(guò)改變體系的外加磁場(chǎng)和引入梯度型超表面實(shí)現(xiàn)電磁波的非互易傳輸。由于時(shí)間反演對(duì)稱性破壞,高斯光束從一側(cè)入射出現(xiàn)明顯的古斯-漢欣位移,而從對(duì)稱的另一側(cè)入射古斯-漢欣位移消失。這體現(xiàn)了古斯-漢森位移的非互易特性,這種非互易特性是由磁性特異電磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率張量引起的。最后,我們利用磁性電磁超表面的特性設(shè)計(jì)了一個(gè)單向波導(dǎo)器件。在最后一章中,我們總結(jié)了本文的研究成果,并展望了磁性電磁超表面后續(xù)的研究工作和應(yīng)用前景。
【圖文】：

提出的細(xì)金屬線陣列和開(kāi)口金屬圓環(huán)等。到了二十一世紀(jì)初，美國(guó)加州大學(xué)Ｓｍｉｔｈ教逡逑授等人在Ｐｅｎｄｒｙ教授的理論研究基礎(chǔ)上將金屬線和開(kāi)口金屬圓環(huán)按照特定規(guī)律排逡逑列在一起，如圖１．２所示，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了磁導(dǎo)率和介電常數(shù)同時(shí)為負(fù)的負(fù)折射逡逑現(xiàn)象［７］。逡逑盡管超表面有著和超材料相同的電磁響應(yīng)特性，但是他們的設(shè)計(jì)理念卻有一定的逡逑差別。首先，在結(jié)構(gòu)特征方面超材料需要通過(guò)調(diào)整自身結(jié)構(gòu)厚度來(lái)改變光束的光程，逡逑而超表面是一個(gè)平面結(jié)構(gòu)。另外，超材料運(yùn)用等效介質(zhì)理論，將材料看成等效介質(zhì)計(jì)逡逑算出介質(zhì)中各個(gè)位置的等效折射率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光波傳輸?shù)撵`活控制。超表面則是根逡逑據(jù)惠更斯原理，通過(guò)改變光波相位和波前強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)光波傳播方向和相位的靈活控逡逑２逡逑

逑ｉｉｉＪｉＪｉ逡逑圖１．２由金屬線和開(kāi)口金屬圓環(huán)組成的負(fù)折射材料逡逑制�？傮w而言，超材料側(cè)重于改變材料自身的厚薄度來(lái)實(shí)現(xiàn)光束傳輸?shù)目刂�，而超表逡逑面則是在亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)下，更側(cè)重于光束相位和波前調(diào)控。逡逑１．４超表面的應(yīng)用逡逑隨著科研工作者的深入研究，超表面對(duì)電磁波的各種調(diào)控能力也變得越來(lái)越強(qiáng)。逡逑２０１１年Ｙｕ等人利用結(jié)構(gòu)漸變的Ｖ型天線陣列超表面實(shí)現(xiàn)梯度的相位突變Ｍ，，其結(jié)逡逑構(gòu)如圖１．３所示。逡逑圖１．３邋Ｖ型天線陣列超表面掃描電昁照片逡逑２０１２年，Ｋｕｍａｒ等人設(shè)計(jì)的ＭＩＭ超表面，能夠?qū)崿F(xiàn)分辨率級(jí)別為可見(jiàn)光衍射逡逑極限量級(jí)的彩�。郏福�；同年，Ｓｕｎ等人設(shè)計(jì)的高阻抗Ｈ型梯度超表面能夠?qū)崿F(xiàn)高效的逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O441.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周喜權(quán);;電磁場(chǎng)與電磁波課堂外延模式實(shí)踐探究[J];環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào);2016年47期

2 崔芙蓉,賴聲禮,季飛,胡斌杰;圓錐形橫電磁波傳輸室特性的分析[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào);2001年01期

3 彭兵,蔣少全,何萍;用邊界元法分析橫電磁波傳輸室的特性阻抗[J];云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年03期

4 崔芙蓉,季飛,王亦方,黃菁,賴聲禮;一種圓錐形橫電磁波傳輸室的分析[J];微波學(xué)報(bào);2000年S1期

5 季飛,吳祥應(yīng),賴聲禮;橫電磁波傳輸室的三維FDTD法分析[J];微波學(xué)報(bào);1998年01期

6 胡白濤;王維龍;李瑩瑩;肖猛;;橫電磁波傳輸室的性能評(píng)估[J];安全與電磁兼容;2006年05期

7 楊利霞;謝應(yīng)濤;;電磁波傳輸時(shí)域有限差分方法及仿真[J];計(jì)算機(jī)仿真;2009年11期

8 蔡小丁;jk電磁波傳輸室中的駐波問(wèn)題研究[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);1990年06期

9 蔡小丁;;非對(duì)稱橫電磁波傳輸室的工程設(shè)計(jì)[J];微波學(xué)報(bào);1990年02期

10 周曉萍,鄒澎,柳朝陽(yáng);GTEM Cell內(nèi)場(chǎng)的分布[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2005年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前7條

1 季飛;吳祥應(yīng);賴聲禮;;橫電磁波傳輸室的三維FDTD法分析[A];1997年全國(guó)微波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];1997年

2 湯仕平;蔣全興;周忠元;景莘慧;;寬帶GTEM小室場(chǎng)強(qiáng)校準(zhǔn)裝置和不確定度評(píng)定[A];2004全國(guó)測(cè)控、計(jì)量與儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2004年

3 張嫻;吳燎蘭;牟萍;黃華;;吉赫橫電磁波傳輸室(GTEM cell)輻射發(fā)射測(cè)試研究[A];第十四屆全國(guó)電磁兼容學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

4 劉長(zhǎng)捷;李德鑫;孫少華;李松江;;降雨對(duì)機(jī)載無(wú)線電設(shè)備電磁波傳輸?shù)乃p特性分析[A];2009系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

5 王志斌;鄂鵬;張曉寧;聶秋月;孔繁榮;;非平衡碰撞等離子體薄層中電磁波傳輸特性的建模與數(shù)值仿真[A];第十八屆全國(guó)等離子體科學(xué)技術(shù)會(huì)議摘要集[C];2017年

6 柳平;陳貴;;基于時(shí)域有限差分法分析墻體對(duì)電磁波脈沖傳輸?shù)挠绊慬A];2007年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2007年

7 李晨鑫;溫良;姚永輝;孟慶勇;;基于電磁波測(cè)距的礦井目標(biāo)精確定位技術(shù)研究[A];第十屆全國(guó)煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術(shù)創(chuàng)新文集[C];2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 方基永;碳基電磁波吸收劑的制備及其應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2017年

2 崔芙蓉;新型橫電磁波傳輸室系列的分析研究[D];華南理工大學(xué);2000年

3 鄭靈;飛行器等離子體鞘套對(duì)電磁波傳輸特性的影響研究[D];電子科技大學(xué);2013年

4 高瑞林;同軸網(wǎng)格空心陰極等離子體診斷及微波傳輸特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳華兵;基于磁性電磁超表面的電磁波非互易傳輸[D];浙江師范大學(xué);2018年

2 譚瓊亮;基于時(shí)域有限差分方法的三導(dǎo)體橫電磁波傳輸室的研究[D];西南交通大學(xué);2007年

3 李丹丹;2.5D碳/環(huán)氧復(fù)合材料電磁波傳輸性能研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2016年

4 汪松;隨鉆電磁測(cè)量電磁波傳輸技術(shù)的研究[D];燕山大學(xué);2016年

5 許斌;隨鉆電磁傳輸?shù)慕Ｅc應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2017年

6 張香博;渦旋電磁波在無(wú)線通信中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2017年

7 龐和喜;波導(dǎo)內(nèi)壁表面粗糙度對(duì)電磁波傳輸性能的影響研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

8 方圓;再入等離子鞘層中的電磁波傳輸特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

9 羅耀新;基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)臒o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道模型研究[D];電子科技大學(xué);2015年

10 梁洪艷;石油鉆孔收發(fā)天線設(shè)計(jì)及其電磁波傳輸特性研究[D];電子科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2631253