異向介質(zhì)是由亞波長單元結構周期性排列而成的人工結構,由于其獨特的電、磁、光學性能,對電磁波有著非同尋常的調(diào)控能力,引起了廣泛的研究興趣。超構表面,可以視為異向介質(zhì)的二維形式,由于采用平面工藝進行制備,更加容易實現(xiàn)。高能粒子電磁輻射調(diào)控技術在分子成像、電子激光源、粒子探測等方面具有廣泛的應用,基于異向介質(zhì)的高能粒子電磁輻射調(diào)控新技術,是高能物理、材料科學和電磁科學相互交融的重要研究前沿,對于相關學科的融合發(fā)展具有重要的意義。本文針對單一圓極化波調(diào)制和高能粒子電磁輻射調(diào)制難以直接實驗驗證的難題,開展了手性異向介質(zhì)在圓二色性、非對稱傳輸、可重構性能以及史密斯-珀塞爾輻射（Smith-Purcell radiation）控制的前沿探索性研究,為推進該領域新型異向介質(zhì)和器件的實用化提供關鍵技術支撐。本文所取得的創(chuàng)新性成果歸納如下:1.基于Jones矩陣對稱性的分析和Pancharatnam-Berry phase（PB-phase）設計原理,提出了一種圓二色性反常反射超構表面的設計方法,并進行了實驗驗證。進一步設計了針對特定圓極化波全透射而對其他圓極化波全反射的手性單元結構,利用PB-phase... 

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

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

（a）等效負介電常數(shù)的細金屬棒陣列結構[20]；（b）等效負磁導率的開口金屬諧振環(huán)

浙江大學博士學位論文第1章緒論6圖1.3（a）第一塊V型超構表面[49]；（b）廣義斯涅耳折射與反射定律[50]；（c）微波段“H”型超構表面[51]；（d）調(diào)控圓極化波的金屬棒結構超構表面[53]。超構表面具有三維異向介質(zhì)的奇異電磁特性，且其厚度遠遠小于工作波長，有望克服三維異向介質(zhì)體積大、加工困難以及高損耗的問題。基于超構表面的應用研究迅速成為研究的熱點，比如：全息成像[55-61]，光學透鏡[62-67]，單向表面波耦合[68-70]，超構表面隱身衣[71,72]等等。超構表面對相位、幅值、極化的靈活調(diào)控，為科學家設計新的光學器件提供了新的研究思路。與傳統(tǒng)的光學器件相比，基于超構表面的新型光器件不僅可以降低制造難度與成本，更有利于光學器件的小型化。1.2異向介質(zhì)簡介1.2.1手性異向介質(zhì)簡介在自然界中，從物質(zhì)分子到蛋白質(zhì)、晶體，手性無處不在。如果一個結構與其鏡像對稱結構通過旋轉、平移操作能夠重疊，則該結構不具有手性特性，反之，結構具有手性特性。手性結構具有十分奇特的光學電磁特性，比如，當一束線性光入射透過一個手性材料時，光的極化平面將會發(fā)生旋轉，該現(xiàn)象被稱為旋光效

浙江大學博士學位論文第1章緒論8如圖1.4（d）（e）所示。手性異向介質(zhì)的提出，迅速成為新的研究熱點，基于超強手性特性，科學家們設計實現(xiàn)了各種基于手性異向介質(zhì)的功能光學器件：利用三維螺旋金屬陣列實現(xiàn)的寬頻帶圓極化波偏振片[85]，圖1.4（f）；利用結構的雙各向異性，實現(xiàn)非對稱傳輸?shù)娜龑咏Y構手性超構表面[86]，圖1.4（g）；利用手性異向介質(zhì)實現(xiàn)的圓極化波探測器[87]，圖1.4（h）。在上述內(nèi)容中，主要介紹了手性異向介質(zhì)的負折射率、旋光效應、不對稱傳輸、圓二色性以及吸收特性等。基于手性異向介質(zhì)和手性超構表面強大的電磁調(diào)控性能，為實現(xiàn)新的電磁光器件提供了一種新的設計思路。圖1.4（a）螺旋狀手性異向介質(zhì)[78]；（b）立式諧振腔手性異向介質(zhì)[12]；（c）非對稱傳輸?shù)谋菊魇中猿瑯嫳砻鎇82]；（d）非本征手性異向介質(zhì)中的手征特性[83]；（e）圓極化波選擇性吸收的非本征手性異向介質(zhì)[84]；（f）三維螺旋狀圓極化波偏振片[85]；（g）雙各向異性的非對稱傳輸超構表面[86]；（h）圓極化波探測器[87]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Programmable time-domain digital-coding metasurface for non-linear harmonic manipulation and new wireless communication systems[J]. Jie Zhao,Xi Yang,Jun Yan Dai,Qiang Cheng,Xiang Li,Ning Hua Qi,Jun Chen Ke,Guo Dong Bai,Shuo Liu,Shi Jin,Andrea Alù,Tie Jun Cui.  National Science Review. 2019(02)



本文編號：3369206