超表面是一類由亞波長厚度的人工單元構(gòu)成的二維超材料。近年來,超表面在亞波長尺度內(nèi)對電磁波的振幅、相位和偏振態(tài)的極限控制能力受到了廣泛關(guān)注。通過超表面來局域地控制電磁波振幅、相位和偏振態(tài)的空間分布,人們已經(jīng)實現(xiàn)了光束異常折/反射、光束聚焦、全息成像、產(chǎn)生特種光束等功能。但是,在超表面研究領(lǐng)域,依然存在衍射效率低、對高折射率介質(zhì)過于依賴、器件缺乏可調(diào)性等一些制約器件實用化的難題。針對這些問題,本文提出了基于雙曲色散超材料（HMM）和石墨烯的解決方案。此外,利用超表面能夠局域控制散射電磁波相位的能力,本文實現(xiàn)了亞波長小孔出射電磁波的高效定向準(zhǔn)直。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:（1）在基于HMM的波前與偏振控制器的研究中,針對當(dāng)前超表面領(lǐng)域存在的透射率低、依賴高折射率透明介質(zhì)的問題,本文提出基于HMM波導(dǎo)的新型超表面可以實現(xiàn)高效的波前與偏振控制。首先,我們計算了HMM波導(dǎo)陣列模式的色散關(guān)系,并證明與介質(zhì)超表面相比,HMM波導(dǎo)陣列無需依賴高折射率介質(zhì)就可以實現(xiàn)更大的色散調(diào)節(jié)范圍和等效折射率。此外,得益于HMM波導(dǎo)陣列的高階衍射模式與波導(dǎo)基模之間的耦合,HMM波導(dǎo)陣列在實現(xiàn)高等效折射率的同時可以... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 超材料的簡單回顧
    1.2 雙曲色散超材料簡介
    1.3 超表面簡介
    1.4 石墨烯在超材料與超表面中的應(yīng)用
    1.5 本論文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
2 理論基礎(chǔ)
    2.1 HMM 波導(dǎo)/波導(dǎo)陣列模式的理論計算
    2.2 石墨烯的仿真模型
    2.3 金屬/介質(zhì)/石墨烯/空氣波導(dǎo)
    2.4 本章小結(jié)
3 基于雙曲色散超材料的波前與偏振控制器
    3.1 引言
    3.2 HMM 實現(xiàn)波前與偏振控制的原理
    3.3 基于 HMM 的波前控制器
    3.4 基于 HMM 的偏振控制器
    3.5 本章小結(jié)
4 利用超表面實現(xiàn)亞波長小孔出射電磁波的準(zhǔn)直
    4.1 引言
    4.2 基于超表面的微波小孔出射電磁波準(zhǔn)直器
    4.3 基于超表面的光頻小孔出射光波準(zhǔn)直器
    4.4 本章小結(jié)
5 基于石墨烯超表面的動態(tài)耦合器與波前控制器
    5.1 引言
    5.2 基于石墨烯超表面的動態(tài) SPP 耦合器
    5.3 基于石墨烯超表面的偏振可切換波前控制器
    5.4 數(shù)值仿真方法
    5.5 本章小結(jié)
6 全文總結(jié)與工作展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表(提交)論文目錄
附錄2 縮略詞匯表



本文編號：3290764