【摘要】：超材料是一種由人工合成的電磁材料,是近年電磁領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。通常超材料的周期單元尺寸比其工作波長(zhǎng)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(zhì),用等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率來(lái)表征其電磁響應(yīng)。超材料具有許多奇特的物理性質(zhì),如負(fù)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(gòu)成超材料的金屬材料的物理特性,還取決于超材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀參數(shù)等。隨著對(duì)超材料研究的深入,利用單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的相互作用更靈活地進(jìn)行電磁波的調(diào)控,成為超材料的一個(gè)新的研究熱點(diǎn),其中一個(gè)代表性的工作就是基于超材料的電磁誘導(dǎo)透明(Electromagnetic induced Transparency,簡(jiǎn)稱Err)現(xiàn)象的研究。這種現(xiàn)象是一種量子干涉效應(yīng)的結(jié)果,利用超材料進(jìn)行EIT的研究,可以免去對(duì)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(guān)系。目前對(duì)這個(gè)方面的研究主要是基于電磁場(chǎng)仿真軟件,計(jì)算超材料的頻譜特性,不能夠?qū)Ω鞣N參數(shù)對(duì)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(guān)系以及與EIT傳輸譜之間的關(guān)系,并通過(guò)仿真和試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證相關(guān)結(jié)論。主要工作包括：1、首先從超材料實(shí)現(xiàn)EIT的電路模型出發(fā),研究其電路模型中兩個(gè)參數(shù)：耦合強(qiáng)度和損耗對(duì)諧振的影響,分析諧振子間的耦合強(qiáng)度以及諧振子損耗對(duì)EIT現(xiàn)象的影響并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。兩種實(shí)驗(yàn)途徑：一種是用超導(dǎo)NbN制備EIT金屬結(jié)構(gòu),在低溫狀態(tài)通過(guò)調(diào)節(jié)溫度改變超導(dǎo)的電導(dǎo)率達(dá)到改變結(jié)構(gòu)損耗的目的,觀察電阻值的變化對(duì)EIT現(xiàn)象的影響。另一種是通過(guò)明暗諧振子之間距離的變化來(lái)改變兩個(gè)諧振子間的耦合強(qiáng)度,觀察電路參數(shù)耦合系數(shù)的變化對(duì)EIT現(xiàn)象的影響。2、采用多層U型環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)類EIT現(xiàn)象也是一種常用的方法。在第二章,我們對(duì)雙層U形環(huán)的耦合進(jìn)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(yīng),還包括電感耦合效應(yīng)。改變耦合諧振子之間距離只是這種結(jié)構(gòu)耦合調(diào)控的一種方法,我們通過(guò)兩層U型環(huán)間的旋轉(zhuǎn)角度的變化來(lái)進(jìn)行耦合強(qiáng)度的調(diào)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(zhuǎn)角度的關(guān)系。3、我們?cè)O(shè)計(jì)了通過(guò)傳導(dǎo)耦合實(shí)現(xiàn)EIT現(xiàn)象的太赫茲超材料結(jié)構(gòu),在明諧振子和暗諧振子之間不僅存在磁場(chǎng)耦合和電場(chǎng)耦合,還有通過(guò)金屬結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)能量的傳導(dǎo)耦合。這些耦合共同作用使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。4、設(shè)計(jì)和制備了柔性超材料實(shí)現(xiàn)EIT。我們采用多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)類似于立體超材料的結(jié)構(gòu),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(huì)引起FP效應(yīng),具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)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(duì)超材料傳輸特性的影響,為進(jìn)一步理解超材料的參數(shù)對(duì)EIT特性的影響提供了理論依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB34;O441

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