本文關(guān)鍵詞： 超材料 變換光學(xué) 完美成像 DB電磁邊界　出處：《蘇州大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近些年來,超材料憑借其特有的物理性質(zhì)而備受關(guān)注,人們利用各式的超材料結(jié)構(gòu)來達到操控電磁波傳播的目的,在物理、通信、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本文將針對超材料課題展開討論,重點研究了用超材料設(shè)計完美旋轉(zhuǎn)衣、內(nèi)置空氣的伊頓透鏡和DB電磁邊界等幾種光學(xué)器件,具體內(nèi)容如下:一、微波段、太赫茲頻段和近紅外波段的完美旋轉(zhuǎn)衣的設(shè)計首先我們分析了由金屬條和空氣復(fù)合而成的各向異性的結(jié)構(gòu)單元,通過數(shù)值模擬獲得了該周期單元的有效電磁參數(shù),并用由該周期單元組成的扇形層狀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)衣,但是該旋轉(zhuǎn)衣會帶來一些散射。為了消除散射,我們通過設(shè)定背景和內(nèi)殼區(qū)域為介電常數(shù)為1.4的電介質(zhì),實現(xiàn)了微波段寬頻完美旋轉(zhuǎn)衣。接著,我們把完美旋轉(zhuǎn)衣的工作頻段推廣到了太赫茲頻段和近紅外波段,提出了由空氣、二氧化硅以及硅三層介質(zhì)組成的波導(dǎo)模型,并采用在硅層區(qū)域中打孔和挖槽的方法,設(shè)計了太赫茲頻段和近紅外波段的完美旋轉(zhuǎn)衣,用數(shù)值模擬軟件展示了它們的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。二、用H分形的超材料實現(xiàn)內(nèi)置空氣的伊頓透鏡首先我們簡單描述了麥克斯韋魚眼透鏡、楞勃透鏡以及伊頓透鏡的光學(xué)特性,主要介紹了內(nèi)置空氣的伊頓透鏡的成像功能:它可以使物像位于介質(zhì)的同一側(cè)且都在空氣中。為了實現(xiàn)該透鏡的折射率分布,我們設(shè)計并制備出了一種由H分形結(jié)構(gòu)的銅絲刻在介質(zhì)板上的樣品。隨后,我們在微波段測量了該樣品的成像特性,從實驗的角度上驗證了內(nèi)置空氣的伊頓透鏡的成像功能。三、用SRR和ELC共振結(jié)構(gòu)組成的超材料實現(xiàn)DB電磁邊界我們對理想導(dǎo)體邊界和DB邊界的反射特性進行了對比和分析,發(fā)現(xiàn)DB邊界不僅可以發(fā)生全反射,而且還能很好地保持入射波的偏振和相位信息。當(dāng)右旋或者左旋偏振波入射到其界面時,反射波的手性能夠保持與入射波的一致。隨后,我們設(shè)計并制備了由磁共振單元SRR和電共振單元ELC結(jié)構(gòu)組成的超材料,并通過采用線偏振天線和圓偏振天線做發(fā)射和接收源,我們在不同的入射角度下,對相應(yīng)的反射系數(shù)和相位進行測量。此外,我們還旋轉(zhuǎn)樣品來改變波矢的方向,對其的反射特性進行再次測量。兩次的測量結(jié)果證明了樣品具有良好的對稱性,且實驗測量的結(jié)果與數(shù)值模擬基本吻合。最后我們得出結(jié)論:所設(shè)計的SRR和ELC相結(jié)合而成的超材料在10GHz下可實現(xiàn)DB邊界。四、用保角變換的方法設(shè)計隱身與成像同時呈現(xiàn)的光學(xué)器件根據(jù)保角變換理論,我們可以通過Zhukowski變換建立虛擬空間(w空間)和真實空間(z空間)之間的聯(lián)系,其中在w空間里有兩個黎曼頁,它們相交于一條支割線。當(dāng)把麥克斯韋魚眼透鏡放置在w空間下方的黎曼頁內(nèi)時,我們可以設(shè)計一種保角變換光學(xué)器件,它能夠在幾何光學(xué)和波動光學(xué)下實現(xiàn)隱身。另外,我們在下方黎曼頁內(nèi)放置兩個相切的麥克斯韋魚眼透鏡時,還可以優(yōu)化該類器件的折射率分布。同時,這類隱身器件還具有很好的成像特性,由于支割線本身可以擔(dān)當(dāng)吸收體的作用,我們并不需要在其內(nèi)部放置額外的吸收體就可以使它成像。最后,我們還發(fā)現(xiàn)該裝置可以實現(xiàn)二變一(2N變N)的幻覺光學(xué)現(xiàn)象。
[Abstract]:In order to eliminate the scattering , we designed and made a waveguide model consisting of air , silicon dioxide and silicon three - layer dielectric . We can use Zhukowski transform to establish the connection between virtual space ( w - space ) and real space ( z - space ) , where there are two Riemann pages in the w - space , they intersect at a branch line . When Maxwell fish - eye lens is placed in the Riemann page under the w - space , we can design a conformal transformation optics .

【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH74

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 閆昕;張興坊;梁蘭菊;姚建銓;;太赫茲波段超材料在生物傳感器的應(yīng)用研究進展[J];光譜學(xué)與光譜分析;2014年09期

2 易明芳;;金屬納米顆粒/微納結(jié)構(gòu)金屬膜增強拉曼研究進展[J];安慶師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年04期

3 康永強;高鵬;劉紅梅;張淳民;;含各向異性左手材料的一維Thue-Mores準周期結(jié)構(gòu)的反射帶隙[J];光子學(xué)報;2015年03期

4 王s，

本文編號：1454885