各向異性微納金屬結(jié)構(gòu)中電磁波不對(duì)稱傳輸?shù)难芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-08-17 08:18
【摘要】：超材料(metamaterials)是21世紀(jì)物理學(xué)領(lǐng)域的新興詞匯,通常是指由人工設(shè)計(jì)的、任意或周期性排列的、亞波長介質(zhì)或金屬微納結(jié)構(gòu),也稱為特異材料或超構(gòu)材料。該類材料具有超常的物理性質(zhì),能夠?qū)崿F(xiàn)自然界中材料所不具有的特性。例如,光的磁環(huán)偶極共振、不對(duì)稱傳輸、異常折射等特性。由于超材料具有特殊的物理性質(zhì),所以能夠在未來的通信、探測(cè)、成像、傳感等方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著超材料的發(fā)展,科學(xué)家逐漸開始研究超表面(極薄的超材料)材料,進(jìn)一步讓世界知道了超材料的巨大應(yīng)用潛力。各向異性微納金屬結(jié)構(gòu)是超材料的一種,即該結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)隨著方向的改變而改變。通常情況下,當(dāng)電磁波入射到各向異性微納金屬結(jié)構(gòu)時(shí)與結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用,產(chǎn)生的電磁效應(yīng)與入射電磁波的偏振方向有關(guān)。本論文主要從模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩方面研究了各向異性超材料的不對(duì)稱透射情況,以及各向異性超表面的表面等離激元不對(duì)稱傳輸情況。不對(duì)稱透射的實(shí)現(xiàn),為光二極管、光隔離器、偏振開關(guān)等光學(xué)器件的研究開辟了新思路。表面等離激元的不對(duì)稱傳輸實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁波傳輸路徑的操控,完成了自旋調(diào)控電磁波傳輸方向等,在光電研究領(lǐng)域具有重要的意義。近年來不對(duì)稱傳輸由于其巨大的應(yīng)用潛力引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。本論文的主要內(nèi)容安排如下:(1)設(shè)計(jì)了長短金屬棒交替分布的雙層手性微納結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)即不具有鏡面對(duì)稱性,也不具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性,可以在共振頻率下實(shí)現(xiàn)圓偏振光和線偏振光的不對(duì)稱透射效應(yīng)。重要的是在研究過程中發(fā)現(xiàn)長金屬棒的電偶極共振與短金屬棒的電偶極共振發(fā)生耦合時(shí)可以實(shí)現(xiàn)線偏振光的寬帶不對(duì)稱透射。當(dāng)不斷改變短金屬棒的長度時(shí)可以調(diào)整不對(duì)稱透射的帶寬;(2)在微波段設(shè)計(jì)了雙層十字架微納結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)和模擬上同時(shí)驗(yàn)證了長短金屬棒的耦合作用可以實(shí)現(xiàn)線偏振的寬帶不對(duì)稱透射效應(yīng);(3)利用三層旋轉(zhuǎn)金屬棒微納結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了將y(x)偏振光在一個(gè)寬帶范圍內(nèi)單方向性的轉(zhuǎn)換為x(y)偏振光。當(dāng)金屬棒層數(shù)不斷增加時(shí)偏振轉(zhuǎn)換的帶寬被加寬。由于偏振的轉(zhuǎn)換與入射光的傳播方向有關(guān),所以該工作實(shí)現(xiàn)了偏振的不對(duì)稱透射;(4)在工作(3)的基礎(chǔ)上,調(diào)整三層旋轉(zhuǎn)金屬棒的旋轉(zhuǎn)角度為?=22.5°,實(shí)現(xiàn)了將x偏振光沿+z和-z方向分別轉(zhuǎn)換為右旋和左旋圓偏振光;(5)為了增強(qiáng)近紅外波段不對(duì)稱透射的強(qiáng)度,提出了一個(gè)連續(xù)的Ω型結(jié)構(gòu)。首先在理論上實(shí)現(xiàn)了紅外波段不對(duì)稱透射的值為0.8。其次研究了實(shí)現(xiàn)高效不對(duì)稱透射的物理機(jī)制,及不同參數(shù)對(duì)不對(duì)稱透射強(qiáng)度的影響。最后該工作在實(shí)驗(yàn)上制備了樣品,驗(yàn)證了紅外波段不對(duì)稱透射的存在;(6)設(shè)計(jì)了具有簡(jiǎn)并幾何數(shù)的橢圓納米狹縫結(jié)構(gòu)。首先研究了不同偏振的入射光照射到單個(gè)橢圓納米狹縫結(jié)構(gòu)時(shí)局域表面等離激元的分布情況。其次將單個(gè)微納結(jié)構(gòu)周期性排列成超表面時(shí),實(shí)現(xiàn)了自旋不同的圓偏振光入射時(shí)橢圓納米狹縫結(jié)構(gòu)與空氣界面上等離激元的傳輸方向不同。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB30
【圖文】：
圖 1.1 人工超材料晶胞結(jié)構(gòu)與鈣鈦晶胞結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖9 年 Walser 首次提出了超材料[7]。 超材料研究的初期主要是在微波領(lǐng)、負(fù)折射率和完美透鏡等[8, 9]。近年來，超材料在光波段和太赫茲波起物理學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)的廣泛興趣，成為了 2000 年以來
和不同取值表示的材料參數(shù)空間
圖 1.3 (a) Pendry 第一次在理論上設(shè)計(jì)的人工負(fù)磁導(dǎo)率材料；(b) Shelby 第一次在實(shí)驗(yàn)上制備的左手材料[8, 9]材料作為近十幾年來發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域，其發(fā)展歷程主要可以歸納 Veselago 提出介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為負(fù)值的左手材料；1999 年 Pendry 教 【相似文獻(xiàn)】
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3 王正賢;非極化π~-p Drell-Yan過程中的cos2Φ不對(duì)稱度[D];東南大學(xué);2017年
4 楊通
本文編號(hào)：2795062
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2795062.html
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
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