【摘要】：超材料是一種由人工合成的電磁材料,是近年電磁領域研究熱點之一。通常超材料的周期單元尺寸比其工作波長要小,且不考慮單元之間的耦合,因此可以把超材料看成是一種連續(xù)媒質,用等效介電常數(shù)和等效磁導率來表征其電磁響應。超材料具有許多奇特的物理性質,如負折射率、超分辨率,電磁黑洞等,主要是由于其諧振特性決定的。這些電磁特性不僅取決于構成超材料的金屬材料的物理特性,還取決于超材料單元結構的尺寸、形狀參數(shù)等。隨著對超材料研究的深入,利用單元內部結構之間的相互作用更靈活地進行電磁波的調控,成為超材料的一個新的研究熱點,其中一個代表性的工作就是基于超材料的電磁誘導透明(Electromagnetic induced Transparency,簡稱Err)現(xiàn)象的研究。這種現(xiàn)象是一種量子干涉效應的結果,利用超材料進行EIT的研究,可以免去對工作條件的苛刻要求,且可以從微波到光波段觀察到該現(xiàn)象,方便于研究EIT現(xiàn)象與影響其特性的各種參數(shù)的關系。目前對這個方面的研究主要是基于電磁場仿真軟件,計算超材料的頻譜特性,不能夠對各種參數(shù)對頻譜特性的影響給出定量和半定量的分析。我們的工作是基于電路模型分析電路參數(shù)之間的定量關系以及與EIT傳輸譜之間的關系,并通過仿真和試驗來驗證相關結論。主要工作包括：1、首先從超材料實現(xiàn)EIT的電路模型出發(fā),研究其電路模型中兩個參數(shù)：耦合強度和損耗對諧振的影響,分析諧振子間的耦合強度以及諧振子損耗對EIT現(xiàn)象的影響并進行實驗驗證。兩種實驗途徑：一種是用超導NbN制備EIT金屬結構,在低溫狀態(tài)通過調節(jié)溫度改變超導的電導率達到改變結構損耗的目的,觀察電阻值的變化對EIT現(xiàn)象的影響。另一種是通過明暗諧振子之間距離的變化來改變兩個諧振子間的耦合強度,觀察電路參數(shù)耦合系數(shù)的變化對EIT現(xiàn)象的影響。2、采用多層U型環(huán)來實現(xiàn)類EIT現(xiàn)象也是一種常用的方法。在第二章,我們對雙層U形環(huán)的耦合進行了電路分析,這種雙層U型環(huán)耦合不僅包括電容耦合效應,還包括電感耦合效應。改變耦合諧振子之間距離只是這種結構耦合調控的一種方法,我們通過兩層U型環(huán)間的旋轉角度的變化來進行耦合強度的調控并分析這種情況下雙層環(huán)耦合存在諧振劈裂的條件；分析了諧振劈裂與兩層U型環(huán)之間旋轉角度的關系。3、我們設計了通過傳導耦合實現(xiàn)EIT現(xiàn)象的太赫茲超材料結構,在明諧振子和暗諧振子之間不僅存在磁場耦合和電場耦合,還有通過金屬結構傳導能量的傳導耦合。這些耦合共同作用使得結構產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。4、設計和制備了柔性超材料實現(xiàn)EIT。我們采用多層結構實現(xiàn)類似于立體超材料的結構,在THz波段直接觀察到EIT現(xiàn)象。由于柔性材料襯底很薄,不會引起FP效應,具有很高的實際應用價值。通過上面的分析,我們可以半定量地確定超材料單元間的耦合對超材料傳輸特性的影響,為進一步理解超材料的參數(shù)對EIT特性的影響提供了理論依據(jù)。
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【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;O441

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本文編號：2384978