基于人工介電材料的微波段變換光學(xué)器件研制.pdf

1、變換光學(xué)是通過坐標(biāo)變換來達到任意控制光路的學(xué)科,通過坐標(biāo)變換可以計算出需要達到這種調(diào)控的材料的電磁參數(shù)。這些材料的電磁參數(shù)通常很極端:各項異性、連續(xù)變化或是含有極限值,這就是超材料。超材料是超越自然材料屬性的一種人造結(jié)構(gòu)材料,通常擁有自然材料所不具有的電磁性質(zhì),或者特殊折射率分布的特殊材料屬性,超材料不僅存在于理論,實驗室也存在超材料器件,超材料通常由亞波長的人造結(jié)構(gòu):如金屬線網(wǎng)結(jié)構(gòu),開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組成。對此,科研工作者們已經(jīng)做了許多十

2、分優(yōu)秀的工作。
　　近幾年,一種基于超材料的結(jié)構(gòu)——超平面正在成為研究的熱點,一些特殊現(xiàn)象,如異常反射、折射等相繼在理論和實驗上被發(fā)現(xiàn)?；诖?人們制備了傳播波與表面波轉(zhuǎn)換的器件。本文詳細介紹了變換光學(xué)超材料的起源和發(fā)展,并且介紹了一些經(jīng)典的共振結(jié)構(gòu)。為了研究超材料,我們將介紹實驗室常用的一些技術(shù)手段,包括二維近場測量系統(tǒng)和有限元仿真。
　　通常坐標(biāo)變換得到的超材料擁有幾個致命的弱點,那就是工作頻率極窄且參數(shù)極復(fù)雜,而基于保

3、角變換得到的材料參數(shù)通常各項同性和不含極端值,并且通過蜂窩板結(jié)構(gòu)可以得到寬頻器件?；诒＝亲儞Q,我們設(shè)計并制作了一個微波聚焦透鏡,它可以將點源化為平面波,得到準(zhǔn)直性很好的出射波,更為重要的是它擁有很寬的工作頻帶。
　　基于超平面,我們設(shè)計了一個微波非對稱傳輸波導(dǎo),該波導(dǎo)內(nèi)嵌具有梯度折射率分布的超平面材料,電磁波從不同端口入射時將截止或者轉(zhuǎn)化為表面波繼續(xù)傳播,展現(xiàn)了兩個方向非對稱導(dǎo)波的功能。這個特性類似于電子二極管,因此我們的非對稱