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)查揚汪人甫汪人甫俞熹（復旦大學，物理系（復旦大學，物理系上海邯鄲路上海邯鄲路220號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).文中作者在微波測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計了一個測量偏振反轉(zhuǎn)的實驗，在特定的頻率觀測到了偏振反轉(zhuǎn)的極大值.另外作者還提出了一個提高偏振反轉(zhuǎn)率的方案并通過實驗驗證了其有效

2、性.通過轉(zhuǎn)移矩陣方法計算得到了偏振反轉(zhuǎn)的理論結(jié)果并與實驗結(jié)果進行了對比.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：中圖分類號：文獻標識碼：Ａ文獻標識碼：Ａ文章編號文章編號:10000712(2008).偏振是電磁波的一個很重要的性質(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介電1常數(shù)和磁導率的新型材料，具有許多奇異的電磁特性，如任意相位反射、反多普勒效應、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).本文在微波測量實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計并搭建了一個測量電磁波偏振轉(zhuǎn)變的實驗裝置，利用已有的各向異性左手介質(zhì)板樣品測量了微波波段電磁波的偏振反轉(zhuǎn)率，然后又針對具體的實驗條件，提出了一個對波源進行偏振化的改進方案，提高了電磁波在非遠場的偏振反轉(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簡單的模型來理解4：本實驗中采用的各向異性的介質(zhì)板可以看作一塊有等效對角磁導率張量的介質(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)其電場分解為沿xy軸的兩個分量，，由于的各向異性，xy方向的inxxyyEEeEe???????反射相位不同，當滿足一定條件時，

5、反射波為，特別地，當xy???????rxxyyEEeEe?????0xyEEE??收稿日期：20080704基金項目：國家基礎(chǔ)科學人才培養(yǎng)基金(NoJ0730310)作者簡介：查揚（198777），男，復旦大學物理系本科在讀。俞熹:email:whyx@fudan.3圖2(a)實驗裝置示意圖(b)各向異性左手介質(zhì)板表面的金屬“H”型結(jié)構(gòu)使其探測的本征模式與源發(fā)出的模式處在正交的狀態(tài)上.實驗上可以看到，對于普通的金屬板反射，兩個喇叭平行

6、和垂直放置，接收到的信號功率之比在3個量級以上，說明喇叭具有良好的線偏振性，可以用來測量偏振反轉(zhuǎn)的波的功率.第三步是通過測到的反射波功率得到偏振反轉(zhuǎn)率PCR，在本實驗中用的YM1123信號源發(fā)射功率隨頻率有很大的變化，在幾個頻帶中還出現(xiàn)了斷點（輸出功率突然降到很小的數(shù)值），這給實驗帶來了很大的困難.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，再測一次反射信號與頻率的關(guān)系記為，則由理論公式可知PCR=spp，即可得出結(jié)果.sptotpp3.實驗結(jié)果和討論實驗結(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)系由于實驗上不可能將源和接收端兩個天線重合實現(xiàn)正入射，我們?nèi)ΨQ性比較高的參數(shù)，兩個喇叭距離板10cm，如圖2a，固定喇叭的位置，改變頻率分別測未反轉(zhuǎn)的輸出功45????率和反轉(zhuǎn)信號功率，頻率范圍（7.412.5GHz）