本文選題：特異材料 + 等離激元��； 參考：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：特異材料(Metamaterials)是一種具有超常性質(zhì)的人工復(fù)合材料,往往能夠通過設(shè)計(jì)的有序結(jié)構(gòu)獲得自然界中沒有的物理現(xiàn)象。Metamaterials這一單詞最早是由德克薩斯州立大學(xué)教授Rodger M.Walser在1999年提出的。由于特異材料的這種獨(dú)特特性,近十年來成為了國際物理界、電磁界、材料界的研究前沿和熱點(diǎn),其研究內(nèi)容分別于2003年和2006年兩次被Science評(píng)為年度10大科技突破之一,在通信工程、生物工程、醫(yī)學(xué)成像,生物傳感等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用前景。特異材料一般是由金屬構(gòu)成。眾所周知,當(dāng)電磁波照射在一般金屬上時(shí),金屬會(huì)反射吸收掉大部分電磁波信號(hào),使得電磁波不能在其中進(jìn)行傳輸。但是,當(dāng)電磁波照射在金屬特異材料上時(shí),由于其具有獨(dú)特的亞波長結(jié)構(gòu),使得電磁波會(huì)在金屬結(jié)構(gòu)上激發(fā)不同的電磁響應(yīng)。而在這些電磁響應(yīng)之間,由于近場效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一系列耦合,進(jìn)而激發(fā)一些特殊的光學(xué)現(xiàn)象,使得電磁波可以在特異材料中進(jìn)行傳輸,產(chǎn)生諸如類電磁誘導(dǎo)透明(Electromagnetically induced transparency,EIT)、圓二色性(Circular dichroism)等新奇現(xiàn)象,這種新奇的物理現(xiàn)象對(duì)于研究慢光、濾波、傳感等許多有潛力的應(yīng)用有很大作用。本文首先詳細(xì)闡述了特異材料的等效媒質(zhì)理論、發(fā)展現(xiàn)狀以及前景;其次,介紹了特異材料中一些典型的電磁響應(yīng)的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用,例如:表面等離激元、Fano共振、亮模式與暗模式等;最后,以這些特異材料中的電磁響應(yīng)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的特異材料,通過改變特異材料中單元結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱度,引起電磁響應(yīng)耦合共振模式,對(duì)這些耦合所激發(fā)的超常特性進(jìn)行探索,深入研究不對(duì)稱特異材料(asymmetric metamaterials)中的電磁效應(yīng)在不同波段所產(chǎn)生的一些特殊光學(xué)現(xiàn)象的機(jī)理、特點(diǎn)、應(yīng)用等。這些研究工作基本上都以計(jì)算模擬為主,在基于有限元法的模擬計(jì)算軟件上進(jìn)行計(jì)算。主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn):1.設(shè)計(jì)一種U型的微波段金屬開口諧振環(huán)(Split ring resonator,SRR)結(jié)構(gòu),改變?nèi)肷潆姶挪ǚ较?分析電磁波側(cè)入射時(shí)在具有對(duì)稱性的U型SRR特異材料中的電磁響應(yīng),調(diào)節(jié)適當(dāng)參數(shù),在微波段實(shí)現(xiàn)類電磁誘導(dǎo)透明(Electromagnetically induced transparency,EIT)現(xiàn)象,并對(duì)產(chǎn)生EIT的機(jī)理進(jìn)行物理解釋;2.研究在U型SRR結(jié)構(gòu)的特異材料中,通過引入旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱,打破SRR的中心對(duì)稱性,從而在電磁波正入射的條件下引入暗模式,激發(fā)特異材料微波段的類EIT現(xiàn)象,并實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)特異材料的不對(duì)稱度對(duì)類EIT的大小進(jìn)行調(diào)控。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),制作微波段結(jié)構(gòu)樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;3.設(shè)計(jì)了一種不對(duì)稱環(huán)盤結(jié)構(gòu)的特異材料,這種環(huán)盤結(jié)構(gòu)可以激發(fā)磁場分布具有環(huán)形特點(diǎn)的環(huán)偶極子(Toroidal dipole)�；诖�,我們研究了由這種特殊的環(huán)偶極子作為亮模式,與傳統(tǒng)的磁響應(yīng)暗模式相互耦合,在近紅外波段產(chǎn)生類EIT的現(xiàn)象,并對(duì)產(chǎn)生的電磁響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的物理解釋;4.探索在能夠激發(fā)類EIT現(xiàn)象的旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱U型特異材料中,通過調(diào)節(jié)適當(dāng)參數(shù),使其在近紅外波段產(chǎn)生電磁響應(yīng),并通過調(diào)整該特異材料的不對(duì)稱度,分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)線偏振光和圓偏振光正入射情況下的偏振態(tài)調(diào)控;5.設(shè)計(jì)了一種新型的具有雙重手性的雙層特異材料,研究了這種特異材料中的圓二色性現(xiàn)象及其產(chǎn)生機(jī)理,并通過對(duì)這種特異材料不對(duì)稱度的調(diào)節(jié),增強(qiáng)圓二色性現(xiàn)象,并對(duì)此進(jìn)行了物理解釋。
[Abstract]:Metamaterials is a kind of artificial composite material with super - constant properties . It is often able to obtain the physical phenomena in nature through the ordered structure of the design . Metamaterials are made up by Rodger M . Walser in 1999 . Because of this unique characteristic of the specific material , the electromagnetic wave can excite different electromagnetic responses in the fields of communication engineering , biological engineering , medical imaging and biosensing . This paper studies the mechanism , characteristics and application of electromagnetic effect in asymmetric specific materials in different wavelength bands . Based on this , we studied the polarization state control in the near infrared band by coupling the special ring dipole as the bright mode with the conventional dark mode of the magnetic response . 4 . To explore the polarization state control in the near infrared band by adjusting the appropriate parameters .
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;O482.3

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本文編號(hào)：1916217