利用變換介質板操控電磁波相位的研究.pdf

1、超常材料是一種人工微結構材料，它的電磁特性可以按照人們的意愿調節(jié)，能實現天然材料所不具有的奇異特性，并帶來了前所未有的應用，如電磁隱形和分辨率突破衍射極限的超透鏡。超常材料是最近十年的研究熱點，特別是基于坐標變換理論的指導，眾多新穎的光子器件被提出和實現。這種基于坐標變換理論的超常材料也稱變換介質。變換介質能夠靈活地操控和引導電磁波的傳輸。
　　 最近，基于光學變換理論的波形變換器和光束偏折器被提出。但這類器件的功能依賴于出射邊

2、界的變形和偏折。本文中，我們根據變換光學理論，提出一種反變換的方法，設計變換介質平板操控電磁波相位。該方法可以實現任意的波形變換，而且不依賴于器件的外形，有利于實現即插即用光器件。具體開展了如下工作：
　　 1.研究利用變換介質實現平面波偏折。從常規(guī)的直接變換方法出發(fā)，建立了反變換的方法，能實現相同的效果。建立平面波偏折的坐標變換，得到材料介電常數和磁導率張量。利用有限元分析軟件驗證設計的變換介質。在平板器件內，功率流方向與波前

3、不垂直，但離開變換介質平板后，功率流和波矢具有相同的方向，并在順時針或是逆時針方向偏離原來的入射方向。出射波相對入射波的偏折角度是可控的。在平板介質操控出射波方向的基礎上，設計了平板光束分束器和出射方向可控的移位器。利用有限元分析軟件對所設計的器件進行全波仿真驗證。本章結果可能在高方向性天線和光束分束設計方面具有一定的價值。
　　 2.研究利用變換介質圓柱調控光束相位。基于坐標變換理論，設計變換介質圓柱，將平面波前轉化成螺旋波前

4、。以高斯光束為例，將其轉化成拉蓋爾高斯光束。利用有限元分析方法對所設計的變換介質圓柱進行全波仿真驗證。此變換介質圓柱在理論上是無反射的，以至轉換效率非常高。將不同個數的變換介質圓柱疊加起來，可以很方便的產生任意值的軌道角動量。該方案提供了一種產生具有軌道角動量光束的新方法，對操控光的霍爾效應可能具有潛在價值。
　　 3.研究利用平板變換介質實現平面波波形轉換?；谧鴺俗儞Q理論，提出可以將平面波變成凹面波或凸面面波的波形變換器。本