基于超材料表面的电波操控及新型结构设计
发布时间：2021-09-22 03:14
近来,由于超材料概念的发展,人们逐渐认识到,通过设计平面亚波长内嵌结构,可以对电磁波进行更深入的控制,因为它们可以密集排列并允许以更高效的分辨率来控制周围表面外场。通常,这样的微结构既具有电极化又具有磁极化,并且它们可以完全控制反射波和透射波,这为新型微波和光学设备的产生提供了巨大的机会。几年前,所有此类平面超材料结构通常被称为超表面。超表面是超材料的二维类似物,定义为光学薄而密集的二维结构单元阵列,这些结构单元具有奇异的特性,这些特性由它们的本构单元赋予,通常具有电磁谐振效应。超表面的单元尺寸和周期性是亚波长的,因此,与产生多个衍射波瓣的衍射光栅相反,它具有像均匀偏振片一样的均匀平面,能够反射和透射平面波。根据功能划分,目前已知的超表面分为以下几类:频率选择表面,高阻抗表面,理想吸收体,极化转化器,辐射表面,波前控制表面,二维平面透镜以及非线性超表面。本文以具有电磁偏振转化功能的超表面为研究内容,尤其对透射型的线极化转圆极化波的超表面进行了深入研究。从微波段至太赫兹波段,开展了对反射型和透射型超表面的理论基础、建模分析、参数设计以及实验验证等一系列工作,提出了四类线极化转圆极化波的超...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
包含手性晶胞的偏振旋转阵列功能示意图[52]
騳线极化波的转换，而不能同时将这两种交叉极化波进行转换。因此，有许多研究在手性结构上进行了大幅创新，具有代表性的两类结构是轮式旋转型和希尔伯特（Hubert）旋转型手征结构。在文献[63]中提及的轮式双层手征超表面将x和y线极化波均能转换为近圆极化波；在文献[64]中提出的Hubert型超表面也实现了x和y线极化波的双频带转换，模型结构如图1-3所示。不过因为同时实现两种交叉极化波的转换，所以导致圆极化波的品质不佳，所在频段内的椭偏角小于27°（轴比大于3dB），并不能用于实际的工程应用。(a)(b)(c)(d)图1-2具有手性“U”型开口谐振环的偏振转换器[59]：(a)晶胞示意图，(b)加工样品图，(c)、(d)入射场在不同频率下晶胞的感应电流Figure1-2Theconverterbasedonfour“U”splitringresonators[59]:(a)Diagramofaunitcell,(b)Aphotooftheexperimentalsample,Thecurrentdistributionsdrivenbytheelectricfieldat(c)5.1GHzand(d)6.3GHz为了得到手性转换理论上100%的转换效率和100%的传输效率，许多新颖的平面手性结构也随之出现。在文献[65]中，提出了一种宽带的双层手性线圆极化
1绪论7转换器。晶胞结构将相对较粗的金属阵列相互垂直地安放于x和y坐标轴方向上作为光学中的光栅起偏器；将较细的金属线相对于平面坐标轴倾斜45°放置，用于产生两个线极化交叉分量，起到偏振面旋转的作用，如图1-4所示。可以看出频段在11-18GHz内，从波前面入射的y线极化波经过转换器转化后，在波后面得到了极化传输率接近90%的LCP波。根据手性互易原则，从波后面入射x线极化波同样也得到了传输率90%的RCP波（如图1-4(d),(e)）。文献[66]提出了由堆叠并级联的一系列偏振纳米棒构成的单向偏振面旋转器，并且通过自由拟合分析得出了最佳带宽和最高95%的转化率，这种线极化的单向不对称传输同时也催生了多频带圆极化不对称传输[67]，和多带线圆不对称传输[68]的案例。(a)(b)图1-3具有希尔伯特旋转结构的偏振转换器[64]：(a)晶胞示意图，(b)实验样品图Figure1-3TheproposedHubert-typeconverter[64]:(a)Schematicofaunitcell,(b)Photographofthefabricatedsample(a)(b)(c)(d)(e)图1-4平面手性偏振转换器[65]：(a)波前面阵列，(b)波后面阵列，(c)阵列透视图,从
本文编号：3403023
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
包含手性晶胞的偏振旋转阵列功能示意图[52]
騳线极化波的转换，而不能同时将这两种交叉极化波进行转换。因此，有许多研究在手性结构上进行了大幅创新，具有代表性的两类结构是轮式旋转型和希尔伯特（Hubert）旋转型手征结构。在文献[63]中提及的轮式双层手征超表面将x和y线极化波均能转换为近圆极化波；在文献[64]中提出的Hubert型超表面也实现了x和y线极化波的双频带转换，模型结构如图1-3所示。不过因为同时实现两种交叉极化波的转换，所以导致圆极化波的品质不佳，所在频段内的椭偏角小于27°（轴比大于3dB），并不能用于实际的工程应用。(a)(b)(c)(d)图1-2具有手性“U”型开口谐振环的偏振转换器[59]：(a)晶胞示意图，(b)加工样品图，(c)、(d)入射场在不同频率下晶胞的感应电流Figure1-2Theconverterbasedonfour“U”splitringresonators[59]:(a)Diagramofaunitcell,(b)Aphotooftheexperimentalsample,Thecurrentdistributionsdrivenbytheelectricfieldat(c)5.1GHzand(d)6.3GHz为了得到手性转换理论上100%的转换效率和100%的传输效率，许多新颖的平面手性结构也随之出现。在文献[65]中，提出了一种宽带的双层手性线圆极化
1绪论7转换器。晶胞结构将相对较粗的金属阵列相互垂直地安放于x和y坐标轴方向上作为光学中的光栅起偏器；将较细的金属线相对于平面坐标轴倾斜45°放置，用于产生两个线极化交叉分量，起到偏振面旋转的作用，如图1-4所示。可以看出频段在11-18GHz内，从波前面入射的y线极化波经过转换器转化后，在波后面得到了极化传输率接近90%的LCP波。根据手性互易原则，从波后面入射x线极化波同样也得到了传输率90%的RCP波（如图1-4(d),(e)）。文献[66]提出了由堆叠并级联的一系列偏振纳米棒构成的单向偏振面旋转器，并且通过自由拟合分析得出了最佳带宽和最高95%的转化率，这种线极化的单向不对称传输同时也催生了多频带圆极化不对称传输[67]，和多带线圆不对称传输[68]的案例。(a)(b)图1-3具有希尔伯特旋转结构的偏振转换器[64]：(a)晶胞示意图，(b)实验样品图Figure1-3TheproposedHubert-typeconverter[64]:(a)Schematicofaunitcell,(b)Photographofthefabricatedsample(a)(b)(c)(d)(e)图1-4平面手性偏振转换器[65]：(a)波前面阵列，(b)波后面阵列，(c)阵列透视图,从
本文编号：3403023
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