本文關(guān)鍵詞：超材料寬帶電磁響應(yīng)及吸收體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：電磁超材料是一個(gè)全新的電磁材料理念。不同于摻雜、修飾、改性等人工手段,超材料強(qiáng)調(diào)通過(guò)單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)控制入射電磁波與超材料的耦合及響應(yīng)機(jī)制,從而影響其宏觀的電磁作用效果。目前,大部分超材料設(shè)計(jì)依賴(lài)于入射波與其單元結(jié)構(gòu)的諧振耦合和響應(yīng),這種諧振特征使超材料的等效電磁參數(shù)如負(fù)磁導(dǎo)率、負(fù)介電常數(shù)等在頻域上呈現(xiàn)出帶寬窄、強(qiáng)度隨頻率明顯變化等特點(diǎn),在一定程度上約束了超材料的工程應(yīng)用。為拓展超材料的工作帶寬并優(yōu)化頻率響應(yīng)特征,本文從超材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā),以經(jīng)典結(jié)構(gòu)為原型詳細(xì)分析超材料電、磁耦合響應(yīng)的結(jié)構(gòu)控制機(jī)制,探索超材料諧振特征對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依賴(lài)關(guān)系,為設(shè)計(jì)出寬頻帶、頻率無(wú)關(guān)的超材料及其結(jié)構(gòu)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在本論文中,我們利用多組件諧振模式間相位適配的方法獲得了寬帶近似與頻率無(wú)關(guān)的負(fù)磁導(dǎo)率；利用結(jié)構(gòu)諧振弱化的方法獲得了寬帶近似與頻率無(wú)關(guān)的負(fù)介電常數(shù)。而且,我們?cè)O(shè)計(jì)的“金屬環(huán)對(duì)”結(jié)構(gòu)可在0.725-0.9 THz的范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定在-0.75附近的磁導(dǎo)率；“金屬矩形框”結(jié)構(gòu)可在0.83-0.91 THz范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定在-0.3附近的介電常數(shù)。最后,我們將此多模優(yōu)化和諧振優(yōu)化的寬帶設(shè)計(jì)思想成功應(yīng)用于寬帶吸收體設(shè)計(jì)。研究表明,利用平面結(jié)構(gòu)變化的半導(dǎo)體單元設(shè)計(jì)引入多個(gè)表面等離子體振蕩模式,我們?cè)O(shè)計(jì)的“孔-方結(jié)構(gòu)”可在1.64-5THz的寬帶范圍內(nèi)保持90%以上的吸收率(平均吸收率超過(guò)93.71%),且對(duì)偏振模式和入射角都有較好的兼容性。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì),“螺母結(jié)構(gòu)”可將高效吸收(90%)頻帶擴(kuò)展為0.98-5 THz,且平均吸收率超過(guò)96.46%。本論文研究?jī)?nèi)容中所提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可直接為實(shí)現(xiàn)超材料寬帶電磁響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工作與工程設(shè)計(jì)提供方案參考。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)演化及優(yōu)化過(guò)程中所總結(jié)的多模優(yōu)化和諧振優(yōu)化思想可為實(shí)現(xiàn)寬帶電磁響應(yīng)超材料的理論分析和設(shè)計(jì)工作提供新的研究思路并為超材料設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)化、工程化作出貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：超材料 負(fù)磁導(dǎo)率 負(fù)介電常數(shù) 吸收體 寬帶 低色散
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB34;O441.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 超材料概念的形成與發(fā)展8-14
• 1.1.1 “超”“構(gòu)”材料——探索材料學(xué)的“新大陸”8-9
• 1.1.2 材料性質(zhì)的分類(lèi)描述與等效介質(zhì)理論9-13
• 1.1.3 高性能吸收體——重要的超材料應(yīng)用方向13-14
• 1.2 小結(jié)及問(wèn)題分析14-15
• 1.3 本文的主要內(nèi)容15-16
• 第二章 數(shù)值建模與分析方法16-21
• 2.1 數(shù)值模擬方法16-18
• 2.2 等效電路解析18-21
• 2.2.1 單級(jí)均勻結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.2 多級(jí)非均勻結(jié)構(gòu)19-21
• 第三章 超材料寬帶磁響應(yīng)設(shè)計(jì)21-30
• 3.1 人工“磁極子”21-22
• 3.2 雙頻帶負(fù)磁導(dǎo)率設(shè)計(jì)22-25
• 3.3 寬帶負(fù)磁導(dǎo)率超材料設(shè)計(jì)25-28
• 3.4 本章小結(jié)28-30
• 第四章 超材料寬帶電響應(yīng)設(shè)計(jì)30-36
• 4.1 稀化金屬等離子體30-31
• 4.2 電諧振結(jié)構(gòu)31-33
• 4.3 弱化電諧振33-35
• 4.4 本章小結(jié)35-36
• 第五章 超材料寬帶吸收體設(shè)計(jì)36-50
• 5.1 金屬回路諧振結(jié)構(gòu)36-39
• 5.2 設(shè)計(jì)與演化39-48
• 5.2.1 “孔-方結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)39-43
• 5.2.2 “孔-方結(jié)構(gòu)”幾何參數(shù)對(duì)性能的影響43-45
• 5.2.3 “孔-方結(jié)構(gòu)”對(duì)入射角及偏振的兼容性45-46
• 5.2.4 “孔-方結(jié)構(gòu)”對(duì)偏心誤差的兼容性46-47
• 5.2.5 “螺母結(jié)構(gòu)”47-48
• 5.3 本章小結(jié)48-50
• 第六章 總結(jié)和展望50-52
• 致謝52-53
• 參考文獻(xiàn)53-60
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文及參加科研工作情況60-61
• 作者個(gè)人簡(jiǎn)介61

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉驍;陳建國(guó);韓敬華;張彬;崔旭東;;高功率光纖激光器全內(nèi)反射型大模場(chǎng)光子晶體光纖設(shè)計(jì)[J];強(qiáng)激光與粒子束;2014年10期

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本文編號(hào)：567171