基于可調(diào)諧手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料的數(shù)值研究.pdf

1、負(fù)折射率材料(Negative refractive materials，NRM)是21世紀(jì)國(guó)際電磁學(xué)研究的一個(gè)新的熱點(diǎn)，在微波、光學(xué)、電磁隱身以及通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的負(fù)折射率材料即為左手材料需要等效介電常數(shù)ε和等效磁導(dǎo)率μ同時(shí)為負(fù)值。然而，利用手征結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可以實(shí)現(xiàn)左手材料的負(fù)折射特性，我們稱之為手征結(jié)構(gòu)或手征性負(fù)折射率材料。手征性是指物體經(jīng)過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)等任意空間操作均不能與其鏡像完全重合的特性，手征性的強(qiáng)弱主要由微結(jié)

2、構(gòu)手征參數(shù)大小決定。手征性負(fù)折射率材料不需要同時(shí)存在負(fù)的等效介電常數(shù)和負(fù)的等效磁導(dǎo)率。手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料不僅符合左手材料具有負(fù)折射率的特性，它還可以產(chǎn)生旋光性等其它電磁特性。最近幾年，大量左手材料的工作頻率都是在微波段。最近，研究者正在把工作頻率向太赫茲波段和光波段推進(jìn)。構(gòu)造低損耗、多/寬頻段、易加工的手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料，提高負(fù)折射率材料的性能，一直是這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)。為此，本文致力于尋求性能良好的手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料，提出了

3、橫跨微波、太赫茲波和光波段的多通帶手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料的設(shè)計(jì)方案。本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料進(jìn)行研究:
　　(1)介紹了傳統(tǒng)負(fù)折射率材料的研究進(jìn)展及現(xiàn)狀，負(fù)折射率材料的主要研究?jī)?nèi)容及發(fā)展趨勢(shì);介紹了手征性負(fù)折射率材料的基本概念、研究方法以及手征性負(fù)折射率材料的最新研究進(jìn)展。
　　(2)描述了手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料的電磁理論基礎(chǔ)、手征負(fù)折射理論及其反演方法，研究了手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料需要表征的電磁參數(shù)，包含LC

4、P/RCP波透射譜、旋光角、橢偏度、圓二色性、LCP/RCP波折射率、傳統(tǒng)折射率、手征參數(shù)、等效介電常數(shù)、等效磁導(dǎo)率，探討了手征結(jié)構(gòu)負(fù)折射率材料微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則。
　　(3)基于巴比涅原理設(shè)計(jì)了微波段互補(bǔ)“十字型”手征性負(fù)折射率材料，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證，反演計(jì)算了結(jié)構(gòu)的圓二色性、旋光角、手征參數(shù)、等效磁導(dǎo)率、等效介電常數(shù)和折射率等。結(jié)果表明:該結(jié)構(gòu)在微波段具有極強(qiáng)的旋光性和負(fù)折射率特性。進(jìn)一步通過(guò)模擬微結(jié)構(gòu)表面電流和磁

5、場(chǎng)的分布，研究了其負(fù)折射率特性和旋光性產(chǎn)生的原理;然后基于該原理設(shè)計(jì)微波段互補(bǔ)“十字型”手征結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)了具有多頻帶負(fù)折射率特性和較大光學(xué)活性的互補(bǔ)“十字型”手征結(jié)構(gòu)，并對(duì)其數(shù)值模擬驗(yàn)證。
　　(4)設(shè)計(jì)了太赫茲波段互補(bǔ)“十字型”手征性負(fù)折射率材料，通過(guò)數(shù)值模擬仿真研究了其太赫茲波電磁特性，并對(duì)旋轉(zhuǎn)角、介質(zhì)層厚度、開(kāi)縫寬度以及開(kāi)縫長(zhǎng)度這四項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使該結(jié)構(gòu)在太赫茲波段具有最大旋光性和負(fù)折射率特性。