新型人工電磁材料偏振轉(zhuǎn)換和可調(diào)諧特性的研究.pdf

1、新型人工電磁材料（metamaterial）是由人工設(shè)計(jì)的亞波長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)組成，能夠呈現(xiàn)出許多新穎的物理特性，這些性質(zhì)在常規(guī)的自然材料中幾乎是不存在的。近年來，基于新型人工電磁材料實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波偏振控制的研究得到了廣泛的關(guān)注。利用新型人工電磁材料的手性和各向異性可以實(shí)現(xiàn)正交偏振轉(zhuǎn)換功能，這對(duì)偏振控制器件的集成化發(fā)展具有重要的意義。另一方面，新型人工電磁材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為其特性的可調(diào)諧研究提供了相當(dāng)大的靈活性，令其在光開關(guān)、調(diào)制器、濾波器等領(lǐng)域

2、具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文主要的內(nèi)容是針對(duì)新型人工電磁材料的正交偏振轉(zhuǎn)換特性和可調(diào)諧特性進(jìn)行了相關(guān)的理論研究與實(shí)驗(yàn)工作，設(shè)計(jì)了幾種不同類型的新型人工電磁材料結(jié)構(gòu)，利用全波電磁仿真系統(tǒng)地分析了這些結(jié)構(gòu)的電磁特性和物理機(jī)制，主要工作如下：
　　(1)設(shè)計(jì)了一種方形對(duì)角線的開口環(huán)結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明此結(jié)構(gòu)對(duì)x偏振波和y偏振波都能實(shí)現(xiàn)正交偏振轉(zhuǎn)換功能，且對(duì)反射波和透射波同時(shí)有效。這種單層的偏振轉(zhuǎn)換控制器件具有超寬帶、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和低制造成本等優(yōu)點(diǎn)

3、。
　　(2)設(shè)計(jì)了雙層非對(duì)稱分裂環(huán)孔型的手性結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地分析了其正交偏振轉(zhuǎn)換特性和非對(duì)稱傳輸現(xiàn)象，理論仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。結(jié)果表明這種新型人工電磁材料的正交偏振轉(zhuǎn)換系數(shù)超過了90％，非對(duì)稱傳輸?shù)南鄬?duì)帶寬大于50％。進(jìn)一步研究了結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱度和層間耦合效應(yīng)對(duì)正交偏振轉(zhuǎn)換特性的影響，合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇能夠?qū)崿F(xiàn)良好的非對(duì)稱傳輸特性。
　　(3)基于正交偏振轉(zhuǎn)換原理設(shè)計(jì)了一種太赫茲波段的可調(diào)諧光控開關(guān)，仿真結(jié)果表明有效的控制外

4、部泵浦光強(qiáng)度能夠?qū)崿F(xiàn)正交偏振轉(zhuǎn)換特性的開關(guān)效應(yīng)，且透射峰I和II之間的諧振頻率可調(diào)諧度大約為11％。利用諧振處表面電流的分布解釋了光控開關(guān)的諧振模式效應(yīng)。研究了層間耦合效應(yīng)對(duì)光控開關(guān)特性的影響，適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)層厚度能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的開關(guān)效果。
　　(4)利用二氧化釩相變?cè)碓O(shè)計(jì)了一種太赫茲溫控開關(guān)器件，仿真結(jié)果顯示這種溫控開關(guān)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)51.5％的正交偏振轉(zhuǎn)換率，且調(diào)制深度可達(dá)到96.2％。分析了結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)對(duì)溫控開關(guān)特性的調(diào)控作用，