基于手征结构超材料电磁波极化调控的研究

【摘要】电磁超材料作为一类新型的具有奇特性质的人工电磁材料,在电磁学研究领域掀起了一股新热潮。其在通信、导航、雷达、医学成像等领域有重要的应用前景,这也加速了电磁超材料的进展。由于电磁超材料具有调控光电信息的巨大潜力,因此超材料的制备、光学特性及其应用成为了当前的研究热点。本文主要研究基于手征结构超介质极化调控材料的模型设计,通过理论分析、数值仿真和实验测试来分析手征材料模型的电磁特性,寻找简单有效的超材料模型结构对电磁波进行极化调控,本文设计了三种结构的超介质材料模型。第一种是简单开口谐振环(SRR)结构的人工异向材料,是由开口谐振环、介质基板和金属板结合成的三层复合结构,可以对反射电磁波进行极化调控,即将入射的线极化波转换为圆极化波、椭圆极化波以及与入射波极化模式垂直的线极化波。第二种模型是一种基于不对称平面螺旋结构的极化调控手征材料,由电介质基板和覆于基板正反两面非对称的螺旋金属结构组成。仿真结果表明,当线性极化波透过该材料后,在15.25GHz和15.93GHz附近分别转换为左旋圆极化波(LCP)和右旋圆极化波(RCP),在18.09GHz附近可转换为右旋椭圆极化波。分析旋光角和椭偏度的变化证明了所设计的手征材料获得了较好的圆二色性和旋光性。第三种模型是一种新颖的多频极化调控手征材料,该材料在低损耗的情况下,可对透射线极化波进行调控,即在14.28GHz和15.96GHz能够接收到RCP波,而在15.3GHz和16.88GHz能够接收到LCP波。通过对该材料表面电流的分析,得出该结构产生类似电偶极子和磁偶极子的现象,这给出了另一理论支撑。此外进一步通过实验测试后得出,实验测试结果与仿真结果吻合较好。通过对手征该材料反演,计算其传统折射率、左旋圆极化波和右旋圆极化波折射率、手征参数、等效介电常数和等效磁导率,验证了设计的模型是负、零折射率材料。通过对手征结构超材料电磁波极化调控的研究,说明超材料在电磁防护和电磁兼容等方面具有广阔的应用前景和重要的研究价值。
【作者】谢立云；
【导师】杨河林；
【作者基本信息】华中师范大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】手征性；超材料；极化调控；负折射率；

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