梯度相位新型人工電磁材料的傳輸特性研究.pdf

1、超材料作為一種具有超常物理特性的新型人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，近年來吸引了研究人員的廣泛關(guān)注。毫無疑問，超材料以其獨(dú)特的電磁特性如負(fù)折射、旋光性以及非對稱傳輸特性，已經(jīng)成為一個非常熱門的研究領(lǐng)域。2011年Capasso提出了一種單層的、超薄的超材料稱之為“metasurfaces”，通常是由許多亞波長的各向異性的諧振子周期性排列組成的。梯度相位超表面通過引入相位突變來實(shí)現(xiàn)對反射和透射電磁波波前的靈活調(diào)控。Capasso利用界面橫向的梯度設(shè)計(jì)，

2、驗(yàn)證了廣義斯涅爾定律，利用梯度相位超表面陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了雙極性透鏡、波束控制、異常折射/反射等。本論文主要針對梯度相位超表面進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究，利用梯度相位超表面實(shí)現(xiàn)了交叉偏振傳輸和背景自由的波束方向控制，對實(shí)現(xiàn)超薄、寬頻段的新型光電子器件具有重大意義。具體內(nèi)容：
　　(1)主要研究了梯度相位新型人工電磁材料的電磁響應(yīng)原理、廣義的反射定律和折射定律、相位梯度的調(diào)控?？偨Y(jié)了異常折射的條件，探討了電磁波的偏振態(tài)及傳輸方向的調(diào)控方法。

3、>　　(2)利用V結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種單層超表面，能夠在微波段實(shí)現(xiàn)電磁波的異常折反射。x偏振波正入射時，由于橫向相位梯度的存在，反射和折射的y偏振波會出現(xiàn)一個異常反/折射角。
　　(3)利用 I結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種雙層超表面，在微波段實(shí)現(xiàn)了對正交偏振波的調(diào)控。通過對結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)，使其對x偏振和y偏振入射波產(chǎn)生大小相同、方向相反的相位梯度。因此，x和y偏振波正入射到超表面時，透射波會向兩個相反的方向偏轉(zhuǎn)但是偏轉(zhuǎn)角相同。
　　(4)利

4、用非對稱開口分裂環(huán)孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種雙層梯度相位超表面，理論和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明它能夠有效抑制共偏振傳輸和實(shí)現(xiàn)偏振轉(zhuǎn)換并且完成對交叉偏振波的波束方向調(diào)控。一束y偏振的平面波正入射到超材料上，透射波在6GHz-8GHz范圍內(nèi)只存在x偏振波沒有y偏振波，實(shí)現(xiàn)了交叉偏振轉(zhuǎn)換。入射線偏振波經(jīng)過超材料以后透射強(qiáng)度為0.71且透射波存在24°的偏轉(zhuǎn)角。針對結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)進(jìn)行了大量的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在x偏振波正入射情況下，交叉偏振波的透