透射型超表面对声波的调控及应用研究
发布时间：2021-09-09 16:24
作为低维化的声学超材料,声学超表面近年来逐渐得到了人们的广泛关注。声学超表面一般是由多种微结构单元按特殊序列排列在一起形成的具有亚波长厚度的平面型超材料体系,它可以灵活有效地对界面各个位置处的声波进行调控,实现多种新颖的现象和功能,使其在诸多声波调控领域表现出巨大的应用前景,成为具有挑战性和重要性的前沿研究课题。本论文在第一章绪论部分回顾了超表面相关的基础理论及研究背景,介绍了超表面对声波调控的研究内容、进展以及现状,并概述了本文研究工作的主要内容;在最后一章,做了一个简单的总结和展望。在其他章节则研究了透射型超表面对声波的调控及其应用。内容涵盖了超高透射的相位调控、纯振幅调控、全息调控、阻抗匹配的高效宽带调控等四个透射型声学超表面调控的主要问题。对于相位调控,本论文在第二章中通过引入镀膜型迷宫结构单元极大地提高了相位调控型超表面的透射效率。镀膜型迷宫结构单元可以提供0～2π的相位调控范围,同时拥有近100%的超高透射率。基于广义折射定律,由二维镀膜型迷宫结构单元构建的高效透射型超表面分别实现了异常声折射、贝塞尔声束生成、声聚焦及声束沿任意凸轨迹弯曲传播等相位调控的应用。基于迭代角谱法...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１几种共振型声学超材料单元
声学超表面??以往的超材料一般为体积型材料，其整体几何尺度较大，相关的器件具杂、体积大、损耗高等缺陷，限制了其进一步的应用。因此作为低维化超材料，超表面近年来逐渐得到了人们的广泛关注［１＜５，１２，＆７１＿７７］。超表面构单元按突变型宏观“序”排列在一起形成的具有亚波长厚度的平面型系，它可以灵活有效地操纵波的振幅、相位、偏振、传播模式等。相对超材料，超表面具有结构简单、紧凑、效率高、体积小、易加工等特点。这些特点使其潜力巨大，并拥有广泛的应用前景。??．１超表面的提出??超表面最先是在电磁学领域被提出并逐步发展起来的。超表面设计的理一Ｍｌ
以实现一系列新颖的物理效应与功能，如异常折射／反射、极化旋转、??复杂波束、光子自旋霍尔效应、体波向表面波转换、等离激元方向性耦合、单向??传输、超透镜、全息、光漩涡偏振片以及隐身等［ｌｔｕｕＨ８５１。图１．４列举了几种??不同类型的电磁超表面。由于其简单紧凑的结构、丰富独特的物理特性、对波的??灵活有效调控等特点，超表面已经成为超材料研究中最热门的发展方向之一，在??隐身技术、通信技术、成像技术、集成光学等诸多领域具有重要的应用价值和广??阔的发展前景。??ｍ．?？…一謂；ｖ．，??ｆＥＳｇｊｊｇｇｇｇＢ?（ｅ）?ｙ?了、??（ｄ）?Ｉ?ｗ?—?——??１１?？?１１?Ｉ９Ｈ?■??ｏｎ?＿？■零?????ＩＩ丨丨丨ｒ．ｎｗｎｗｗｗｕｘｕｍｉ?ＩＩＩ?？？?ＴＬｔａＪＳＷｙ．??Ｅ，￣￣ｓ?■?＇??Ｍａｇ＿－—：；?’?’?＿盡国??图１．４几种不同类型的电磁超表面。（ａ）用于控制线性偏振的ＥＭ电磁波传播的Ｖ字形纳米??天线［７８】。（ｂ）基于旋转纳米棒的Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ相位电磁超表面［８６］。（ｃ）基于金属－绝缘??体－金属三层纳米结构的可高效控制反射波的电磁超表面［８７Ｌ?（ｄ）基于惠更斯原理的电磁超??表面【８８１。（ｅ）可实现透射波完全控制的基于纳米线路模型的三层堆叠电磁超表面［８９］。（ｆ）双层??等离激元电磁超表面［９Ｑ］。（ｇ）基于双硅纳米线单元的无色差超表面１９１］。??１．３．２声学超表面概述??与电磁超表面相比，人们对声学超表面的研宂起步较晚。目前声学超表面
【参考文献】：
期刊论文
[1]声学超表面研究及应用进展[J]. 许卫锴,张蒙,王伟. 功能材料. 2017(11)
[2]声学超构表面[J]. 李勇. 物理. 2017(11)
[3]声波的“漩涡”——声学轨道角动量的产生、操控与应用[J]. 梁彬,程建春. 物理. 2017(10)
[4]二维声学系统中的拓扑相变及边界传输[J]. 张志旺,程营,刘晓峻. 物理. 2017(10)
[5]用于声波调控的五模式超材料[J]. 王兆宏,蔡成欣,楚杨阳,刘广顺. 光电工程. 2017(01)
[6]声子晶体中的声谷态输运[J]. 邱春印,陆久阳,刘正猷. 物理. 2017(01)
[7]声波超材料设计的力学原理与进展[J]. 张宏宽,周萧明. 固体力学学报. 2016(05)
[8]两种五零能模式材料单胞构型及其性能分析[J]. 徐冰,王晓明,梅玉林. 固体力学学报. 2015(04)
[9]从惠更斯原理到索末菲衍射公式[J]. 张瑶,罗玉辉,吴文良. 大理学院学报. 2012(04)
[10]电磁波传播的角谱法与惠更斯原理的等效性[J]. 吴庆麟,段正亚,姚建国,李文胜,刘国营. 湖北汽车工业学院学报. 2004(03)
本文编号：3392409
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１几种共振型声学超材料单元
声学超表面??以往的超材料一般为体积型材料，其整体几何尺度较大，相关的器件具杂、体积大、损耗高等缺陷，限制了其进一步的应用。因此作为低维化超材料，超表面近年来逐渐得到了人们的广泛关注［１＜５，１２，＆７１＿７７］。超表面构单元按突变型宏观“序”排列在一起形成的具有亚波长厚度的平面型系，它可以灵活有效地操纵波的振幅、相位、偏振、传播模式等。相对超材料，超表面具有结构简单、紧凑、效率高、体积小、易加工等特点。这些特点使其潜力巨大，并拥有广泛的应用前景。??．１超表面的提出??超表面最先是在电磁学领域被提出并逐步发展起来的。超表面设计的理一Ｍｌ
以实现一系列新颖的物理效应与功能，如异常折射／反射、极化旋转、??复杂波束、光子自旋霍尔效应、体波向表面波转换、等离激元方向性耦合、单向??传输、超透镜、全息、光漩涡偏振片以及隐身等［ｌｔｕｕＨ８５１。图１．４列举了几种??不同类型的电磁超表面。由于其简单紧凑的结构、丰富独特的物理特性、对波的??灵活有效调控等特点，超表面已经成为超材料研究中最热门的发展方向之一，在??隐身技术、通信技术、成像技术、集成光学等诸多领域具有重要的应用价值和广??阔的发展前景。??ｍ．?？…一謂；ｖ．，??ｆＥＳｇｊｊｇｇｇｇＢ?（ｅ）?ｙ?了、??（ｄ）?Ｉ?ｗ?—?——??１１?？?１１?Ｉ９Ｈ?■??ｏｎ?＿？■零?????ＩＩ丨丨丨ｒ．ｎｗｎｗｗｗｕｘｕｍｉ?ＩＩＩ?？？?ＴＬｔａＪＳＷｙ．??Ｅ，￣￣ｓ?■?＇??Ｍａｇ＿－—：；?’?’?＿盡国??图１．４几种不同类型的电磁超表面。（ａ）用于控制线性偏振的ＥＭ电磁波传播的Ｖ字形纳米??天线［７８】。（ｂ）基于旋转纳米棒的Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ相位电磁超表面［８６］。（ｃ）基于金属－绝缘??体－金属三层纳米结构的可高效控制反射波的电磁超表面［８７Ｌ?（ｄ）基于惠更斯原理的电磁超??表面【８８１。（ｅ）可实现透射波完全控制的基于纳米线路模型的三层堆叠电磁超表面［８９］。（ｆ）双层??等离激元电磁超表面［９Ｑ］。（ｇ）基于双硅纳米线单元的无色差超表面１９１］。??１．３．２声学超表面概述??与电磁超表面相比，人们对声学超表面的研宂起步较晚。目前声学超表面
【参考文献】：
期刊论文
[1]声学超表面研究及应用进展[J]. 许卫锴,张蒙,王伟. 功能材料. 2017(11)
[2]声学超构表面[J]. 李勇. 物理. 2017(11)
[3]声波的“漩涡”——声学轨道角动量的产生、操控与应用[J]. 梁彬,程建春. 物理. 2017(10)
[4]二维声学系统中的拓扑相变及边界传输[J]. 张志旺,程营,刘晓峻. 物理. 2017(10)
[5]用于声波调控的五模式超材料[J]. 王兆宏,蔡成欣,楚杨阳,刘广顺. 光电工程. 2017(01)
[6]声子晶体中的声谷态输运[J]. 邱春印,陆久阳,刘正猷. 物理. 2017(01)
[7]声波超材料设计的力学原理与进展[J]. 张宏宽,周萧明. 固体力学学报. 2016(05)
[8]两种五零能模式材料单胞构型及其性能分析[J]. 徐冰,王晓明,梅玉林. 固体力学学报. 2015(04)
[9]从惠更斯原理到索末菲衍射公式[J]. 张瑶,罗玉辉,吴文良. 大理学院学报. 2012(04)
[10]电磁波传播的角谱法与惠更斯原理的等效性[J]. 吴庆麟,段正亚,姚建国,李文胜,刘国营. 湖北汽车工业学院学报. 2004(03)
本文编号：3392409
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