利用電磁左手材料調(diào)控電磁波的偏振反轉(zhuǎn)

1、1利用電磁左手材料調(diào)控電磁波的偏振反轉(zhuǎn)利用電磁左手材料調(diào)控電磁波的偏振反轉(zhuǎn)查揚(yáng)汪人甫汪人甫俞熹（復(fù)旦大學(xué)，物理系（復(fù)旦大學(xué)，物理系上海邯鄲路上海邯鄲路220號(hào)200433）摘要摘要：通過各向異性的電磁介質(zhì)板的反射，電磁波的偏振狀態(tài)可以被任意地調(diào)節(jié)，在特定的條件下甚至可以完全反轉(zhuǎn).文中作者在微波測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量偏振反轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，在特定的頻率觀測(cè)到了偏振反轉(zhuǎn)的極大值.另外作者還提出了一個(gè)提高偏振反轉(zhuǎn)率的方案并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效

2、性.通過轉(zhuǎn)移矩陣方法計(jì)算得到了偏振反轉(zhuǎn)的理論結(jié)果并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比.關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：電磁左手材料各向異性偏振反轉(zhuǎn)中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)文章編號(hào):10000712(2008).偏振是電磁波的一個(gè)很重要的性質(zhì)，人們總希望可以完全調(diào)控電磁波的偏振狀態(tài).近年來出現(xiàn)的電磁左手材料，是一種人工制備的具有負(fù)介電1常數(shù)和磁導(dǎo)率的新型材料，具有許多奇異的電磁特性，如任意相位反射、反多普勒效應(yīng)、完全光子帶隙等3.最

3、新的研究已經(jīng)證明4，經(jīng)過一塊具有各向異性參數(shù)的左手材料板的反射，電磁波偏振狀態(tài)可以被任意地調(diào)節(jié)，在一定條件轉(zhuǎn)到與原先完全垂直的方向，稱為偏振反轉(zhuǎn).本文在微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)并搭建了一個(gè)測(cè)量電磁波偏振轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn)裝置，利用已有的各向異性左手介質(zhì)板樣品測(cè)量了微波波段電磁波的偏振反轉(zhuǎn)率，然后又針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)條件，提出了一個(gè)對(duì)波源進(jìn)行偏振化的改進(jìn)方案，提高了電磁波在非遠(yuǎn)場(chǎng)的偏振反轉(zhuǎn)率.1.偏振反轉(zhuǎn)的理論模型偏振反轉(zhuǎn)的理論模型偏振反轉(zhuǎn)

4、的物理原因我們可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來理解4：本實(shí)驗(yàn)中采用的各向異性的介質(zhì)板可以看作一塊有等效對(duì)角磁導(dǎo)率張量的介質(zhì)共振??22170(12.71)xxf????22122(6.8)yyf????頻率分別為12.71GHz6.8GHz.=1，=1.設(shè)一束線偏振的電磁波入射到各向異性介質(zhì)板表面，zz??如圖1(a)其電場(chǎng)分解為沿xy軸的兩個(gè)分量，，由于的各向異性，xy方向的inxxyyEEeEe???????反射相位不同，當(dāng)滿足一定條件時(shí)，

5、反射波為，特別地，當(dāng)xy???????rxxyyEEeEe?????0xyEEE??收稿日期：20080704基金項(xiàng)目：國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金(NoJ0730310)作者簡(jiǎn)介：查揚(yáng)（198777），男，復(fù)旦大學(xué)物理系本科在讀。俞熹:email:whyx@fudan.3圖2(a)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(b)各向異性左手介質(zhì)板表面的金屬“H”型結(jié)構(gòu)使其探測(cè)的本征模式與源發(fā)出的模式處在正交的狀態(tài)上.實(shí)驗(yàn)上可以看到，對(duì)于普通的金屬板反射，兩個(gè)喇叭平行

6、和垂直放置，接收到的信號(hào)功率之比在3個(gè)量級(jí)以上，說明喇叭具有良好的線偏振性，可以用來測(cè)量偏振反轉(zhuǎn)的波的功率.第三步是通過測(cè)到的反射波功率得到偏振反轉(zhuǎn)率PCR，在本實(shí)驗(yàn)中用的YM1123信號(hào)源發(fā)射功率隨頻率有很大的變化，在幾個(gè)頻帶中還出現(xiàn)了斷點(diǎn)（輸出功率突然降到很小的數(shù)值），這給實(shí)驗(yàn)帶來了很大的困難.考慮到這種輸出的不穩(wěn)定，我們首先測(cè)量在金屬板上反射波的功率與頻率的關(guān)系，作為然后在不改變兩個(gè)天線與板的距離和入射角度的情況下，將接收端天線轉(zhuǎn)

7、90度totp以接收被反轉(zhuǎn)的波，再測(cè)一次反射信號(hào)與頻率的關(guān)系記為，則由理論公式可知PCR=spp，即可得出結(jié)果.sptotpp3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論3.1偏振反轉(zhuǎn)率（偏振反轉(zhuǎn)率（PCR）與頻率的關(guān)系）與頻率的關(guān)系由于實(shí)驗(yàn)上不可能將源和接收端兩個(gè)天線重合實(shí)現(xiàn)正入射，我們?nèi)?duì)稱性比較高的參數(shù)，兩個(gè)喇叭距離板10cm，如圖2a，固定喇叭的位置，改變頻率分別測(cè)未反轉(zhuǎn)的輸出功45????率和反轉(zhuǎn)信號(hào)功率，頻率范圍（7.412.5GHz）