發(fā)布時間：2017-08-14 04:17

  本文關(guān)鍵詞：人工電磁介質(zhì)對電磁波的調(diào)控

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【摘要】：人工電磁介質(zhì)的出現(xiàn)突破了自然材料的限制,能夠獲得超常的電磁參數(shù),如負折射率、零折射率和雙曲各向異性,從而導致許多新奇的現(xiàn)象和獨特的應用,比如電磁隱身、波陣面調(diào)控、異常光線偏折等。隨著人工電磁介質(zhì)研究的深入,人們正朝著隨心所欲調(diào)控電磁波的夢想一步步前進。在本論文中,我們研究了人工電磁介質(zhì)對電磁波的調(diào)控,主要包括寬帶吸波材料、偏振轉(zhuǎn)換以及單向表面等離子體激元(SPPs)耦合器三個方面。首先,在吸波的研究領(lǐng)域,我們從基于慢波效應的吸波材料入手,設(shè)計了工作在光波段的慢波寬帶吸波材料。在此基礎(chǔ)上,我們將多個不同尺寸的慢波結(jié)構(gòu)單元設(shè)計在同一個周期中,綜合所有共振單元的作用,進一步拓展了吸收帶寬,并從實驗上驗證了這一方案。緊接著,我們充分利用了人工電磁介質(zhì)電磁特性設(shè)計的靈活性,設(shè)計了一種在不同波段有不同屬性的人工電磁介質(zhì)(短波是各向異性高損耗介質(zhì),長波是雙曲型介質(zhì)),并提出了一種結(jié)合介質(zhì)結(jié)構(gòu)減反射特性和慢波效應的寬帶吸波材料的設(shè)計方案。實驗制備的二維樣品能夠在400nm到2.1μm的波段內(nèi)吸收90%以上的垂直入射自然光,平均吸收率達到了96%；同時在長波范圍(2.1μmλ4μm)仍然保持著85%以上的吸收率。最后,我們將慢波吸波結(jié)構(gòu)拓展到了微波和太赫茲波段,分別設(shè)計和制備了二維金字塔陣列吸波材料,測試結(jié)果表明加工的樣品可以在很寬的頻段范圍內(nèi)實現(xiàn)高吸收,且吸收效果具有廣角特性。第二,我們在近紅外波段實現(xiàn)了基于人工電磁介質(zhì)平面的反射式寬帶半波片。仿真結(jié)果顯示寬帶半波片能夠在800nm的帶寬內(nèi)將97%以上的垂直入射線偏振光轉(zhuǎn)化為交叉極化的線偏振光,交叉極化反射率超過90%；測試結(jié)果表明半波片可以在很寬的入射角范圍內(nèi)保持寬帶的偏振轉(zhuǎn)化效果。接著,我們提出了一種能夠?qū)⑼瑯O化和交叉極化反射光在空間上分離的方向性半波片�；舅悸肥菍⒍鄠�高效率的半波片單元集合在一個復雜單元內(nèi),得到線性的交叉極化反射光的相位梯度,從而將交叉極化反射光偏轉(zhuǎn)特定的角度。實驗研究表明基于相位梯度人工電磁介質(zhì)平面的方向性半波片具有廣角和寬帶的工作特性。第三,我們介紹了能夠?qū)㈦姶挪ǖ膫鞑ツＪ胶褪`模式(SPPs)緊密聯(lián)系的相位梯度人工電磁介質(zhì)平面,設(shè)計了工作在可見光波段(λ=690 nm)的單向SPPs耦合器,計算得到的耦合效率為45%。接著,我們得到了與入射光極化方向相關(guān)聯(lián)的相位梯度。在此基礎(chǔ)上,我們設(shè)計了兩種偏振調(diào)制的SPPs耦合器：一種是偏振控制的SPPs路由器,當入射線偏振光的極化方向改變時,激發(fā)的SPPs的方向也隨之改變；另外一種是多功能SPPs耦合器,通過改變?nèi)肷渚�偏振光的極化方向,可以實現(xiàn)單向SPPs耦合到入射光異常反射的功能切換。最后,總結(jié)了全文,并對人工電磁介質(zhì)的未來提出了展望。
【關(guān)鍵詞】：人工電磁介質(zhì) 人工電磁介質(zhì)平面 寬帶吸收 慢波效應 偏振轉(zhuǎn)換 表面等離子體激元耦合器
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O441.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-32
• 1.1 人工電磁介質(zhì)的歷史12-16
• 1.2 人工電磁介質(zhì)對電磁波的調(diào)控應用16-29
• 1.2.1 變換光學研究16-18
• 1.2.2 廣義Snell定律18-23
• 1.2.3 人工電磁介質(zhì)吸波材料23-26
• 1.2.4 人工電磁介質(zhì)對偏振特性的調(diào)控26-27
• 1.2.5 人工電磁介質(zhì)對表面波的調(diào)控27-29
• 1.3 本論文的研究內(nèi)容與創(chuàng)新點29-32
• 第2章 人工電磁介質(zhì)的研究方法32-52
• 2.1 人工電磁介質(zhì)的數(shù)值模擬方法32-36
• 2.1.1 計算方法和常用軟件32-33
• 2.1.2 CST微波工作室的使用33-36
• 2.2 等效參數(shù)提取36-38
• 2.3 人工電磁介質(zhì)的制備工藝38-48
• 2.3.1 整體工藝流程39-40
• 2.3.2 薄膜制備工藝40-42
• 2.3.3 微納結(jié)構(gòu)加工工藝42-48
• 2.4 人工電磁介質(zhì)的測試平臺48-51
• 2.5 本章小結(jié)51-52
• 第3章 基于人工電磁介質(zhì)的寬帶吸波材料52-94
• 3.1 基于多尺寸慢波結(jié)構(gòu)的寬帶吸波材料52-65
• 3.1.1 單一尺寸慢波結(jié)構(gòu)的吸收特性52-59
• 3.1.2 多尺寸慢波結(jié)構(gòu)的吸收特性59-64
• 3.1.3 結(jié)論64-65
• 3.2 基于混合效應的超寬帶吸波材料65-76
• 3.2.1 理論模型和物理機理65-71
• 3.2.2 完美寬帶吸收材料71-73
• 3.2.3 實驗驗證73-76
• 3.2.4 結(jié)論76
• 3.3 太赫茲波段寬帶吸波材料76-86
• 3.3.1 仿真設(shè)計77-80
• 3.3.2 實驗驗證80-85
• 3.3.3 結(jié)論85-86
• 3.4 微波波段寬帶吸波材料86-93
• 3.4.1 設(shè)計與實驗驗證86-89
• 3.4.2 物理機制89-92
• 3.4.3 結(jié)論92-93
• 3.5 本章小結(jié)93-94
• 第4章 基于人工電磁介質(zhì)平面的偏振轉(zhuǎn)換元件94-108
• 4.1 基于人工電磁介質(zhì)平面的寬帶半波片94-100
• 4.1.1 仿真設(shè)計94-96
• 4.1.2 實驗驗證96-98
• 4.1.3 物理機制98-100
• 4.2 基于人工電磁介質(zhì)平面的方向性半波片100-105
• 4.2.1 仿真設(shè)計101-102
• 4.2.2 實驗驗證102-105
• 4.3 本章小結(jié)105-108
• 第5章 基于人工電磁介質(zhì)平面的表面波耦合器108-118
• 5.1 單向SPPs耦合器108-113
• 5.1.1 理論和設(shè)計108-111
• 5.1.2 仿真驗證111-113
• 5.2 偏振調(diào)制的SPPs路由器113-115
• 5.3 偏振調(diào)制的多功能SPPs耦合器115-117
• 5.4 本章小結(jié)117-118
• 第6章 總結(jié)和展望118-120
• 參考文獻120-132
• 作者簡介132-133
• 基本情況132
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文132-133
• 期刊論文132-133
• 會議論文133

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1 趙明v，

本文編號：670703