異向介質(zhì)是由亞波長單元結(jié)構(gòu)周期性排列而成的人工結(jié)構(gòu),由于其獨(dú)特的電、磁、光學(xué)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(gòu)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(jìn)行制備,更加容易實(shí)現(xiàn)。高能粒子電磁輻射調(diào)控技術(shù)在分子成像、電子激光源、粒子探測等方面具有廣泛的應(yīng)用,基于異向介質(zhì)的高能粒子電磁輻射調(diào)控新技術(shù),是高能物理、材料科學(xué)和電磁科學(xué)相互交融的重要研究前沿,對于相關(guān)學(xué)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(gòu)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(jìn)該領(lǐng)域新型異向介質(zhì)和器件的實(shí)用化提供關(guān)鍵技術(shù)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(shè)計(jì)原理,提出了一種圓二色性反常反射超構(gòu)表面的設(shè)計(jì)方法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。進(jìn)一步設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu),利用PB-phase... 

【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】：博士

【部分圖文】：

（a）等效負(fù)介電常數(shù)的細(xì)金屬棒陣列結(jié)構(gòu)[20]；（b）等效負(fù)磁導(dǎo)率的開口金屬諧振環(huán)

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文第1章緒論6圖1.3（a）第一塊V型超構(gòu)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(gòu)表面[51]；（d）調(diào)控圓極化波的金屬棒結(jié)構(gòu)超構(gòu)表面[53]。超構(gòu)表面具有三維異向介質(zhì)的奇異電磁特性，且其厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(gòu)表面的應(yīng)用研究迅速成為研究的熱點(diǎn)，比如：全息成像[55-61]，光學(xué)透鏡[62-67]，單向表面波耦合[68-70]，超構(gòu)表面隱身衣[71,72]等等。超構(gòu)表面對相位、幅值、極化的靈活調(diào)控，為科學(xué)家設(shè)計(jì)新的光學(xué)器件提供了新的研究思路。與傳統(tǒng)的光學(xué)器件相比，基于超構(gòu)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(xué)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(gè)結(jié)構(gòu)與其鏡像對稱結(jié)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)、平移操作能夠重疊，則該結(jié)構(gòu)不具有手性特性，反之，結(jié)構(gòu)具有手性特性。手性結(jié)構(gòu)具有十分奇特的光學(xué)電磁特性，比如，當(dāng)一束線性光入射透過一個(gè)手性材料時(shí)，光的極化平面將會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，該現(xiàn)象被稱為旋光效

浙江大學(xué)博士學(xué)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(diǎn)，基于超強(qiáng)手性特性，科學(xué)家們設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各種基于手性異向介質(zhì)的功能光學(xué)器件：利用三維螺旋金屬陣列實(shí)現(xiàn)的寬頻帶圓極化波偏振片[85]，圖1.4（f）；利用結(jié)構(gòu)的雙各向異性，實(shí)現(xiàn)非對稱傳輸?shù)娜龑咏Y(jié)構(gòu)手性超構(gòu)表面[86]，圖1.4（g）；利用手性異向介質(zhì)實(shí)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(fù)折射率、旋光效應(yīng)、不對稱傳輸、圓二色性以及吸收特性等�；谑中援愊蚪橘|(zhì)和手性超構(gòu)表面強(qiáng)大的電磁調(diào)控性能，為實(shí)現(xiàn)新的電磁光器件提供了一種新的設(shè)計(jì)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?gòu)表面[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(gòu)表面[86]；（h）圓極化波探測器[87]。

【參考文獻(xiàn)】：
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