基于超材料的光学现象和器件研究

论文摘要

近年来,随着微纳制备工艺的逐渐完善,构造出自然界不存在的复合人工媒质-超材料已经成为可能。这种可人为设计单元结构的材料为我们带来了许多特异新颖的物理特性,如负折射。此独特的设计理念使其迅速成为国内外的研究热点。此外,最近将超材料由三维向二维方向推动的研究-超表面,也吸引了很多研究者的目光。超表面的厚度一般在亚波长量级,轻便且易于组装和集成,可应用于多种光学器件的设计,目前已经掀起了新的研究热潮。本论文的主要研究内容如下:（一）基于电磁诱导透明（EIT）的研究,我们首先通过金属双环结构实现了一种各向同性电磁诱导透明的经典类似物。在入射光的激发下,双环中被激励出流向相反的电流,两场之间相干相消形成了EIT现象。而后我们设计了另一种各向同性且动态可调的电磁诱导透明类似超表面,由金属开口环与金属十字花组成。通过在此金属超表面下方添加相变材料二氧化钒,调整二氧化钒的电导率即可实现动态可调的EIT现象,提高了所设计器件的利用率。我们所设计的两个器件均具有广角特性且对极化不敏感。（二）基于金属极化偏转器的研究,我们通过合理设计金属光栅超表面的结构,选择合适的金属线宽及周期,实现了一种反射型线性极化偏转器。在微波段内（4.9 GHz～10.4 GHz）实现了宽带极化偏转的效果且对入射波大角度不敏感。（三）基于极化光束分离器的研究,我们通过多层金属结构的等离激元共振实现激发的电流环路,即磁共振,从而使本该完全不透明的金属对y极化的入射波透明,同时对x极化的入射波近乎不透明,即实现了极化光束分离效果。（四）基于电介质反射镜的研究,我们通过单层高折射率的二氧化钛材料实现分离的Mie共振（磁共振与电共振）,从而实现了0.83 THz-0.96 THz范围内的宽带反射带。该反射镜整体结构仅由单层电介质材料构成,避免了欧姆损耗,且制备容易。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 超材料起源

1.2 左手材料简介与发展

1.2.1 基于左手材料的完美透镜

1.2.2 基于左手材料的逆聚焦/逆发散

1.2.3 基于左手材料的近期研究

1.3 光子晶体

1.3.1 光子晶体简介

1.3.2 基于光子晶体的近期研究

1.4 超材料目前的发展状况

1.5 本论文所研究的超材料方向

第二章电磁诱导透明（EIT）

2.1 电磁诱导透明现象简介与发展现状

2.2 各向同性电磁诱导透明的实现

2.2.1 结构设计与理论模拟

2.2.2 结果分析

2.3 可调的各向同性电磁诱导透明

2）的介绍'> 2.3.1 相变材料二氧化钒（VO₂）的介绍

2.3.2 结构设计与理论模拟

2.3.3 结果分析

2.4 本章总结

第三章线性极化偏转器

3.1 极化偏转器的发展与现状

3.2 线性极化偏转器

3.2.1 线性极化偏转器的设计

3.2.2 仿真计算与理论分析

3.2.3 实验验证与结果分析

3.2.4 性能分析与结论

3.3 本章总结

第四章基于表面等离激元的极化光束分离器

4.1 表面等离激元技术的发展与现状

4.2 基于LSPP的极化光束分离器的设计

4.2.1 极化光束分离器的结构设计

4.2.2 模拟仿真与理论分析

4.2.3 性能分析与结果

4.3 本章小结

第五章太赫兹电介质反射镜

5.1 电介质反射镜的发展与研究状况

5.2 电介质中的Mie共振

5.3 基于Mie理论的太赫兹反射镜的设计

5.3.1 太赫兹反射镜的结构设计与建模

5.3.2 模拟数值计算与现象研究

5.3.3 太赫兹反射镜的性能分析与结论

5.4 本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 褚琼琼

导师: 宋争勇

关键词: 超材料,超表面,动态可调

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,物理学,化学,材料科学

单位: 厦门大学

分类号: O734;TB34;O482.3

总页数: 65

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