空間電磁波有三個基本屬性:頻率、極化和傳播角度,根據(jù)這三個屬性選擇電磁波是調(diào)控電磁波的基本要求。過去幾十年,電磁波的頻率和極化選擇技術(shù)都經(jīng)歷了巨大發(fā)展并獲得了廣泛應(yīng)用。相比而言,電磁波角度選擇技術(shù)發(fā)展就慢得多,極大限制了其在很多領(lǐng)域的重要應(yīng)用。目前已實現(xiàn)的寬帶電磁波角度選擇技術(shù)均只能對一種極化波工作,即TM極化波。本文基于一維光子晶體的禁帶效應(yīng)及各向異性人工磁性材料具有的TE、TM極化布儒斯特效應(yīng),研究了TE極化、全極化超寬帶角度選擇透明結(jié)構(gòu)的設(shè)計機(jī)理,并進(jìn)行了仿真分析及實驗驗證。首先,本文闡述了與本研究內(nèi)容相關(guān)的電磁理論及數(shù)值算法,重點介紹了光子晶體理論及人工電磁材料構(gòu)造方法,推導(dǎo)了多層各向異性平板的反射和透射系數(shù)迭代算法及斜入射條件下人工電磁材料本構(gòu)參數(shù)反演算法,并撰寫了相關(guān)程序,為本文奠定理論與算法基礎(chǔ)。其次,本文介紹了傳統(tǒng)TM極化寬帶角度選擇透明結(jié)構(gòu)的設(shè)計機(jī)理,并提出了利用磁各向異性材料構(gòu)造光子晶體結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)TE極化寬帶角度選擇透明結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路。本章節(jié)我們給出了超寬帶磁各向異性材料的設(shè)計方法及仿真結(jié)果,并利用多層各向異性平板的反射和透射系數(shù)迭代算法得到了超寬帶TE極化角度選擇... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

一維光子晶體

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文相關(guān)理論與算法7圖2.1一維光子晶體一維光子晶體在結(jié)構(gòu)上易于制備，通過人工控制光子晶體中介電材料之間介電常數(shù)的配比和光子晶體的周期性結(jié)構(gòu)，可以制備具有各種帶隙的光子晶體。2.3多層各向異性平板的反射和透射系數(shù)迭代算法2.3.1TE極化反射和透射系數(shù)迭代算法現(xiàn)有的商業(yè)電磁仿真軟件CST、HFSS等為各種電磁結(jié)構(gòu)的特性仿真及計算提供了很大便利，但隨著模式網(wǎng)格數(shù)量的增加和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，計算變得很耗時，因此需要一種高效同時精確的計算方法。本小節(jié)我們研究多層各向異性平板的反射和透射系數(shù)迭代算法，為一維光子晶體的傳輸特性分析奠定基矗首先，我們從電磁場邊界條件出發(fā)，推導(dǎo)TE極化波入射到任意多層各向異性平板的反射和透射系數(shù)計算方法。TE極化的平面波入射到多層平板材料的示意圖如圖2.2所示。圖2.2TE極化波入射到多層平板材料假設(shè)共有n層各向異性平板處在自由空間中，某電場沿著y方向極化的平面電磁波從自由空間以角度i入射到多層平板材料上。電場只能感受到多層平板材料在y方向的

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文相關(guān)理論與算法11圖2.3TM極化的平面波入射到多層平板結(jié)構(gòu)磁場僅能感受到材料在y方向的相對磁導(dǎo)率，而電場取決于x方向和z方向的相對介電常數(shù)。同樣，令其他無關(guān)參數(shù)均為1，則多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)中第m層平板材料的本構(gòu)參數(shù)可以表示為=0amb(a,1,a)和=0amb(1,a,1)。與TE極化波的反射和透射系數(shù)求解過程類似,1和1可通過m-1次循環(huán)代入求解。臨時變量設(shè)置為0=1+1=1+1110aa11a，反射系數(shù)表述為：=010+1(2.24)最終，TM極化波的透射系數(shù)T表述為：=aa+aa(2.25)2.4人工電磁材料人工電磁材料，或超材料，指的是基本結(jié)構(gòu)單元按照一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排列構(gòu)成的復(fù)合材料[33]。與天然材料相比，人工電磁材料具有很多不同尋常的物理性質(zhì)。從微觀角度來看，一切萬物究其根本都是由原子構(gòu)成。電磁波領(lǐng)域研究的自然材料或人工材料也都是由很多微觀原子構(gòu)成，這些材料的各種性質(zhì)例如極化特性、磁化特性等，本質(zhì)上也是由這些微觀原子及其排列確定的。與一般考慮的電磁波波長相比，微觀原子的尺寸往往非常小，甚至可以忽略不計，因此在研究這些材料內(nèi)部的電磁場時，可以將其視作平均化處理。自然界中的材料是由大量原子構(gòu)建而成，其宏觀屬性一般情況下主要取決于對應(yīng)原


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