【摘要】：零折射率材料是折射率為零的一類特殊電磁材料。具有無窮大的波長,均勻場效應,隧穿效應,波前面調控效應等特殊性質,在隱身、吸收、控制電磁波流等方面具有廣泛應用。其中具有狄拉克色散的介質光子晶體,在狄拉克點頻率處的有效介電常數和有效磁導率均為零,是實現雙零零折射率材料的一種非常便利的方式。本文第一章首先介紹了零折射率材料的分類,以及一些特殊的性質。我們詳細介紹了調控光子晶體能帶實現零折射率的方法,這也是本項工作的材料基礎。然后簡單介紹了本項工作的實驗基礎,即微波掃場的實驗平臺。最后對本文的主要工作進行簡述。第二章中,我們結合零折射率材料和超表面來實現透射式隱身。結合零折射率材料對電磁能流的調控能力和對電磁波相位的保持,以及超表面對入射/出射電磁波相位的調控,我們成功利用雙零零折射率光子晶體在實驗上實現了透射式隱身。這一全新的設計思想,既避免了變換光學包裹式隱身對材料不均勻分布的依賴,又潛在性可以大大縮小隱身器件的尺寸,具有很高的應用前景。在第三章中,我們將零折射率材料引入到相干完美吸收當中,通過在零折射率材料中嵌入帶有吸收的缺陷,實現了對電磁波的相干完美吸收。這種新類型的相干完美吸收打破了傳統(tǒng)相干完美吸收雙端口相對入射的限制,甚至可以實現單端口的相干完美吸收。同時,這種新類型的相干完美吸收機制也提供了更多的自由度來實現吸收率的自由調控。我們的微波實驗和理論預測符合的很好,為相干完美吸收的推廣做出了貢獻。第四章我們討論了ε_⊥（垂直于光軸的相對介電常數)為零的單軸晶體與各向同性介質的界面上D’yakonov表面波的傳播條件。結果發(fā)現,當ε_⊥趨于零時,D’yakonov表面波存在并傳播的角度范圍并沒有如預想的得到提升。但我們的理論計算結果也發(fā)現,通過材料參數的優(yōu)化,我們可以大大提升D’yakonov表面波的傳播角度范圍。為D’yakonov表面波的應用打下了基礎。最后一章總結了本文的主要工作,并討論了進一步的研究方向。
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O734
【圖文】：

√ （ 和 分別表示相對介電常數和相對磁導率），零折射率材料可以分為雙零零折射率材料和單零零折射率材料，單零零折射率材料又可以進一步劃分為相對介電常數為零的零折射率材料和相對磁導率為零的零折射率材料；再如依據材料特性零折射率材料可以區(qū)分為各向同性的零折射率材料和各向異性的零折射率材料。此外，折射率足夠接近于零的近零材料具有與零折射率材料相似的物理性質，因此在很多方面可以被用來代替零折射率材料。由于電磁波在 ZIM 中具有無窮大的波長，ZIM 中有限大小的散射體對于電磁波幾乎是不可見的，因此電磁波能夠通過散射體之間極其狹窄的縫隙，這種現象稱之為電磁波在 ZIM 中的隧穿效應[ ]，最早由 Silveirinha 等人于 年提出。如圖 （a）所示，電磁波從波導的區(qū)域 入射，從區(qū)域 出射，兩個區(qū)域中間有一段充滿了介電常數趨于零的 ZIM 的不規(guī)則狹窄波導，由于 ZIM 的隧穿效應，近乎所有的電磁波都

利用零折射率光子晶體和材料實現對電磁波的操控 第一章 緒 論是說，除了正入射，其它角度入射的電磁波都會發(fā)生全反射。借助于 ZIM 的全反射特性，Schwartz 等人通過兩塊 ZIM 將電磁波束縛在空氣狹縫中傳播，從而形成波導[ ]。如果波源是在 ZIM 中，即電磁波由 ZIM 進入空氣，由菲涅爾公式可知，無論入射角取值如何，折射角都等于零，也就是說出射波的波矢垂直于 ZIM 的出射面�；谶@一特性，Enoch 等人提出了 ZIM 的高指向性輻射[ ]，即埋在 ZIM 中的源輻射的電磁波具有很好的方向性。此外，如果讓空氣中的平面電磁波經過 ZIM 的一側平直表面進入其中，然后再讓電磁波從 ZIM 的另一側不規(guī)則表面出射，則可以通過設計不同的出射面來實現對出射波波前面的任意調控[ ]。圖 （a）和 （b）分別為 Alu 等人模擬的磁場振幅和相位的分布圖[ ]，其中 ZIM 為介電常數趨于零的單零

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本文編號：2719890