發(fā)布時(shí)間：2018-06-05 22:19

  本文選題：表面等離子體 + 人工電磁材料/表面��； 參考：《西南交通大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：長(zhǎng)久以來(lái),人們致力于探索電磁波與物質(zhì)之間的相互作用,并通過(guò)設(shè)計(jì)一系列的元器件對(duì)電磁波的傳播行為進(jìn)行人為控制。近年來(lái),隨著微細(xì)加工技術(shù)與材料科學(xué)不斷發(fā)展和完善,基于亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體和人工電磁材料／表面極大地拓展了電磁波與物質(zhì)之間相互作用的形式,并增強(qiáng)了其作用效率。首先,亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中電磁耦合可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的電共振或磁共振顯著增強(qiáng)；其次,由于這種電磁耦合,實(shí)現(xiàn)了包括負(fù)折射率、零折射率、高折射率等自然界中材料難以獲得的電磁特性；最后,伴隨著這種超常的電磁特性,許多原來(lái)不可想象的現(xiàn)象得以實(shí)現(xiàn),如異常透射增強(qiáng)、超衍射成像、電磁隱身等等。本論文圍繞亞波長(zhǎng)尺度下電磁操控研究了的兩個(gè)基本問(wèn)題：(1)突破傳統(tǒng)衍射極限將電磁波束縛在亞波長(zhǎng)尺度的空間內(nèi)；(2)設(shè)計(jì)具有亞波長(zhǎng)特征尺寸的器件,實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺寸下電磁波與物質(zhì)的高效相互作用。重點(diǎn)研究了表面等離子體波導(dǎo)系統(tǒng)中電磁波的傳輸、諧振、分束、濾波以及譜線操控,同時(shí)基于新興的人工電磁材料和人工電磁表面開(kāi)展對(duì)電磁波高效吸收、寬帶極化控制、以及波前調(diào)控等方而的研究。論文的主要工作和取得的創(chuàng)新性成果主要包括：1.在電磁波功率控制和定向傳輸方面：(1)提出了基于單個(gè)表面等離子體波導(dǎo)諧振腔的功率分東器。理論分析表明：矩形諧振腔一階模的磁場(chǎng)分布關(guān)于諧振腔中心呈現(xiàn)奇對(duì)稱分布(正弦函數(shù)),磁場(chǎng)波節(jié)位于矩形腔的中心；二階模的磁場(chǎng)分布關(guān)于諧振腔中心呈現(xiàn)偶對(duì)稱分布(余弦函數(shù)),磁場(chǎng)波節(jié)位于偏移矩形腔中心四分之一腔長(zhǎng)的距離。在兩個(gè)波節(jié)處分別設(shè)置輸出波導(dǎo),實(shí)現(xiàn)了諧振腔內(nèi)不同模式(頻率／波長(zhǎng))的高隔離度定向傳輸和分束。在距諧振腔中心位置L/4處設(shè)置N(N=2,3,4)個(gè)輸出波導(dǎo),實(shí)現(xiàn)了1×N的功率分束,分光比可通過(guò)調(diào)節(jié)輸出波導(dǎo)與諧振腔的耦合距離以及輸出波導(dǎo)中填充材料的折射率進(jìn)行調(diào)節(jié)。(2)提出基于金屬-介質(zhì)交替膜層組成的變形金字塔結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)寬帶高效電磁吸收。首先,基于等效阻抗理論分析了單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單頻點(diǎn)高效吸收的物理機(jī)制和關(guān)鍵影響因素。其次,數(shù)值模擬了單元結(jié)構(gòu)的工作頻點(diǎn)隨結(jié)構(gòu)寬度和介質(zhì)有效折射率的變化關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于MxN級(jí)聯(lián)組合的寬帶高效電磁吸收器。該吸收器由M個(gè)不同寬度的超級(jí)單元組成,每個(gè)超級(jí)單元結(jié)構(gòu)又由N個(gè)具有不同介電常數(shù)的金屬-介質(zhì)對(duì)組成。數(shù)值結(jié)果表明,4x4的級(jí)聯(lián)組合能夠?qū)崿F(xiàn)3.2-11.8 THz范圍內(nèi)高達(dá)92%的吸收率。2.在電磁波譜線操控方面：(1)提出基于缺陷諧振腔的譜線操控方案。首先,構(gòu)建了含缺陷的矩形表面等離子體波導(dǎo)諧振腔模型,并系統(tǒng)研究了缺陷引入以及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)表面等離子體波導(dǎo)諧振腔電磁分布和峰值波長(zhǎng)的影響,數(shù)值結(jié)果表明：i)缺陷的引入會(huì)使一階模和二階模的信道中心波長(zhǎng)分別發(fā)生藍(lán)移和紅移；ii)一階模和二階模的信道中心波長(zhǎng)隨缺陷位置的位置分別呈現(xiàn)“C”形和“S”形的變化規(guī)律；iii)在模式磁場(chǎng)波節(jié)處改變?nèi)毕莸拇笮?可選擇性地改變一個(gè)模式的信道中心波長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)上提出了一種信道間距可調(diào)諧的表面等離子體濾波器。(2)研究了單個(gè)開(kāi)口諧振環(huán)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)中的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象。數(shù)值模擬表明,開(kāi)口諧振環(huán)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)可以看作是兩個(gè)相互耦合的U形諧振腔。其中,距主波導(dǎo)較近的U形諧振腔能夠與主波導(dǎo)直接耦合,因此可以被看作是亮模；距主波導(dǎo)較遠(yuǎn)的U形諧振腔不能夠與主波導(dǎo)直接耦合,因此可以被看作是暗模。亮模與暗模之間的干涉相消導(dǎo)致了類電磁誘導(dǎo)透明傳輸。接下來(lái)研究了亮模與暗模之間的耦合距離、開(kāi)口諧振環(huán)的非對(duì)稱度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)透明窗口形狀的影響。最后,研究了兩個(gè)開(kāi)口諧振環(huán)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波段(可見(jiàn)光和近紅外)類電磁誘導(dǎo)透明傳輸。3.在電磁波極化控制方面：鑒于人工電磁材料帶寬受限的問(wèn)題,提出了二維色散調(diào)控拓展人工電磁材料工作帶寬的方法。利用表面阻抗等效理論和傳輸矩陣?yán)碚摻⒘嘶诜瓷涫饺斯る姶疟砻嫦辔徽{(diào)制的數(shù)理模型,依據(jù)此模型在人工電磁表面的兩個(gè)維度上同時(shí)構(gòu)造洛倫茲色散的疊加,實(shí)現(xiàn)無(wú)色散的相位差。采用兩種各項(xiàng)異性人工電磁表面,即開(kāi)口諧振環(huán)陣列和正交金屬短線對(duì)陣列,通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了所設(shè)計(jì)的器件具有超2倍頻程范圍的工作帶寬。4.在電磁波相位和波前調(diào)控方面：提出融合幾何相位和傳播相位的二維相位調(diào)控機(jī)制。針對(duì)基于金屬諧振結(jié)構(gòu)的人工電磁表面工作帶寬窄、傳播損耗高、相位噪聲大的不足,設(shè)計(jì)了一種具有連續(xù)相位包絡(luò)的全介質(zhì)人工電磁表面。該人工電磁表面由硅基的亞波長(zhǎng)環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)組成,一方面環(huán)形光柵內(nèi)在的形式雙折射效應(yīng)和空間非均勻性引起入射電磁波的自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量相互耦合,由此產(chǎn)生沿光柵角向的幾何位相調(diào)制,表現(xiàn)為渦旋光束的產(chǎn)生；另一方面,對(duì)環(huán)形光柵的占空比分別沿光柵角向和徑向進(jìn)行調(diào)制,則能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸位相調(diào)制。角向幾何位相調(diào)制與角向傳輸位相調(diào)制疊加,導(dǎo)致渦旋光束所攜帶的軌道角動(dòng)量的拓?fù)浜砂l(fā)生變化(由整數(shù)變?yōu)榉謹(jǐn)?shù))；角向幾何位相調(diào)制與徑向傳輸位相調(diào)制疊加,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)渦旋光束的操控,即產(chǎn)生聚焦和貝塞爾類型的渦旋光束。
[Abstract]:In recent years , with the development and perfection of micro - processing technology and material science , the surface plasma and artificial electromagnetic material / surface based on sub - wavelength metal structure greatly expand the interaction between electromagnetic wave and substance , and enhance its action efficiency . Firstly , the electromagnetic coupling in sub - wavelength structure can be enhanced by the electrical resonance or magnetic resonance of the structure .
Secondly , due to the electromagnetic coupling , electromagnetic properties which are difficult to obtain in nature including negative refractive index , zero refractive index and high refractive index are realized ;
In the end , with the super - constant electromagnetic properties , many of the phenomena that are not conceivable are realized , such as abnormal transmission enhancement , super - diffraction imaging , electromagnetic stealth , etc . Two basic problems of electromagnetic control under sub - wavelength scale are studied : ( 1 ) the electromagnetic wave is bound in the space of the sub - wavelength scale through the breakthrough of the traditional diffraction limit ;
( 2 ) A device with sub - wavelength characteristic dimension is designed to realize the high - efficiency interaction between electromagnetic wave and matter under sub - wavelength dimension . The research of electromagnetic wave transmission , resonance , beam splitting , filtering and spectral line manipulation in surface plasma waveguide system is focused on the research of electromagnetic wave power control and directional transmission .
Based on the theory of equivalent impedance , a series of N ( N = 2 , 3 , 4 ) output waveguides with different dielectric constants is proposed .
ii ) the positions of the channel center wavelength of the first - order mode and the second - order mode are respectively presented with the variation law of the " C " shape and the " S " shape according to the position of the defect position ;
In this paper , a kind of surface plasma filter with tunable channel spacing can be selectively changed by changing the size of the defect at the mode magnetic field .
In this paper , the influence of the structure parameters such as the coupling distance between the bright and dark modes on the shape of the transparent window is studied .
on the other hand , the duty ratio of the ring grating is modulated in the direction of the grating angle and the radial direction respectively , and the transmission phase modulation can be realized .
the angular geometry phase modulation and the radial transmission phase modulation overlap can realize the control of the vortex light beam , namely generating a focusing and Bessel type vortex beam .
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O441.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張兵心;陳淑芬;付雷;鄒正峰;孟彥彬;;基于表面等離子體激發(fā)的光學(xué)操控技術(shù)[J];中國(guó)激光;2012年06期

2 陳靖;陸文強(qiáng);孫騫;;表面等離子體環(huán)形共振器的濾波性質(zhì)[J];物理實(shí)驗(yàn);2012年07期

3 王瑜;電致表面等離子體振子的色選吸收[J];現(xiàn)代顯示;1997年01期

4 夏松;楊冬曉;;雙層金屬環(huán)形陣列的太赫茲表面等離子體研究[J];激光與紅外;2014年08期

5 楊華,唐永新,吳念樂(lè),郭繼華,李師群;一種新的調(diào)Q方法-表面等離子體波調(diào)Q[J];量子電子學(xué)報(bào);1999年06期

6 王向賢;葉松;余建立;許雪艷;許明坤;;表面等離子體干涉光刻理論計(jì)算(英文)[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2012年02期

7 黃洪;趙青;焦蛟;梁高峰;黃小平;;深亞波長(zhǎng)約束的表面等離子體納米激光器研究[J];物理學(xué)報(bào);2013年13期

8 劉亞青;張玉萍;張會(huì)云;呂歡歡;李彤彤;任廣軍;;光抽運(yùn)多層石墨烯太赫茲表面等離子體增益特性的研究[J];物理學(xué)報(bào);2014年07期

9 陳全勝;佟玉瑩;莊園;蔣曉月;顧磊;王繼成;王躍科;;基于金屬狹縫-凹槽結(jié)構(gòu)單向激發(fā)表面等離子體[J];中國(guó)激光;2014年05期

10 周宏麗;王文波;;混合型表面等離子體波導(dǎo)中光學(xué)參量放大的研究[J];科技信息;2013年17期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 明海;王沛;魯擁華;;金屬?gòu)?fù)合微納結(jié)構(gòu)的表面等離子體的全光調(diào)控和傳感的研究[A];2008介觀光學(xué)及其應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2008年

2 曹爍暉;蔡偉鵬;謝堂堂;劉倩;劉曉慶;李耀群;;基于表面等離子體耦合定向熒光的生物傳感研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第09分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 李海波;徐抒平;谷sソ，

本文編號(hào)：1983609