基于亚波长结构的辐射器件频带调控技术的研究
发布时间：2021-09-22 13:51
振幅、相位和极化方式是电磁波的三个基本参量,传统材料可以实现对这三个参量的控制,但通常比较笨重。最近关于超表面（一种二维的超材料）的研究进展使得我们能够以前所未有的方式操控电磁波。超表面材料通过在二维平面上适当的布置亚波长单元结构来实现对电磁波的振幅、相位和极化方式的调控,可以实现任意的电磁波前。超表面器件甚至可以实现传统天然光学材料无法实现的奇异电磁性能。同时,这些超表面器件具有极高的紧凑性。人造超表面材料引起了广泛的关注。本文针对目前超表面器件的两个关键问题进行了研究:一、超表面器件的色差问题。由于其对电磁波操控方式很特殊,使得多个波长或者一定带宽的电磁波之间的参量调节具有一定的相关性,然而超表面单元结构的周期是固定的。因此,在解决某些聚焦、成像等问题上,不可避免的会出现色差问题。目前我们可以通过多种亚波长单元结构组合成一个超表面器件的方式来在一定程度上实现消色差的功能。本文的第三章提出了一种以双开口圆环为单元结构的超表面材料。这种单元结构内外环之间的角度差的变化可以打破一定带宽内各个波长之间的相关性。通过调节空间指向角与内外环之间的角度差,可以获得大量的结构数据。利用粒子群优化算...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪言
1.1 引言
1.2 传统微波技术与电磁超表面概述
1.2.1 传统微波元器件
1.2.2 亚波长结构与超表面
1.3 人工电磁超表面的研究现状
1.3.1 超表面与消色差
1.3.2 多功能超表面
1.4 研究目标及基本思路
1.5 文章章节安排
第2章 亚波长结构与超表面的基本理论和研究方法
2.1 引言
2.2 亚波长结构与超表面的基本原理
2.2.1 电路型亚波长结构原理
2.2.2 几何相位型亚波长结构原理
2.3 超表面结构的研究方法
2.3.1 等效电路理论
2.3.2 等效介质理论与S参数反演法
2.3.3 CST仿真模拟软件
2.3.4 粒子群优化算法
2.4 本章小结
第3章 基于广义折反射定律的轻量化大口径平面消色差超表面透镜
3.1 轻量化大口径平面消色差超表面透镜简介
3.2 双层嵌套型双开口细环的亚波长单元结构设计
3.2.1 亚波长结构介绍
3.2.2 亚波长结构消色差效果的实现原理与仿真效果
3.3 大口径平面消色差透镜的设计与仿真结果
3.4 大口径平面消色差透镜系统
3.5 本章小结
第4章 双波段非对称传输的双功能超表面
4.1 双波段非对称传输的双功能超表面简介
4.2 亚波长单元结构
4.2.1 亚波长单元结构与其调相功能的仿真结果
4.2.2 非对称传输功能的仿真结果
4.3 超表面系统的仿真与实验结果
4.3.1 成像系统简介
4.3.2 成像编码
4.3.3 仿真与实验结果
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 主要工作
5.2 主要创新点
5.3 还需解决的问题
5.4 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-efficiency multi-wavelength metasurface with complete independent phase control[J]. 严璟,郭迎辉,蒲明博,李雄,马晓亮,罗先刚. Chinese Optics Letters. 2018(05)
[2]衍射极限尺度下的亚波长电磁学[J]. 蒲明博,王长涛,王彦钦,罗先刚. 物理学报. 2017(14)
[3]超表面相位调控原理及应用[J]. 李雄,马晓亮,罗先刚. 光电工程. 2017(03)
[4]广义折反射定律[J]. 赵泽宇,蒲明博,王彦钦,罗先刚. 光电工程. 2017(02)
[5]电磁超构材料色散调控研究进展[J]. 郭迎辉,蒲明博,马晓亮,李雄,罗先刚. 光电工程. 2017(01)
[6]Principles of electromagnetic waves in metasurfaces[J]. LUO XianGang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(09)
[7]矩形切角超宽频带微带天线[J]. 邵远,车仁信,陈宏然. 微型机与应用. 2010(04)
[8]一种U型宽带微带天线的设计与制作[J]. 车仁信,纪颖,刘广生. 大连交通大学学报. 2007(01)
本文编号：3403864
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪言
1.1 引言
1.2 传统微波技术与电磁超表面概述
1.2.1 传统微波元器件
1.2.2 亚波长结构与超表面
1.3 人工电磁超表面的研究现状
1.3.1 超表面与消色差
1.3.2 多功能超表面
1.4 研究目标及基本思路
1.5 文章章节安排
第2章 亚波长结构与超表面的基本理论和研究方法
2.1 引言
2.2 亚波长结构与超表面的基本原理
2.2.1 电路型亚波长结构原理
2.2.2 几何相位型亚波长结构原理
2.3 超表面结构的研究方法
2.3.1 等效电路理论
2.3.2 等效介质理论与S参数反演法
2.3.3 CST仿真模拟软件
2.3.4 粒子群优化算法
2.4 本章小结
第3章 基于广义折反射定律的轻量化大口径平面消色差超表面透镜
3.1 轻量化大口径平面消色差超表面透镜简介
3.2 双层嵌套型双开口细环的亚波长单元结构设计
3.2.1 亚波长结构介绍
3.2.2 亚波长结构消色差效果的实现原理与仿真效果
3.3 大口径平面消色差透镜的设计与仿真结果
3.4 大口径平面消色差透镜系统
3.5 本章小结
第4章 双波段非对称传输的双功能超表面
4.1 双波段非对称传输的双功能超表面简介
4.2 亚波长单元结构
4.2.1 亚波长单元结构与其调相功能的仿真结果
4.2.2 非对称传输功能的仿真结果
4.3 超表面系统的仿真与实验结果
4.3.1 成像系统简介
4.3.2 成像编码
4.3.3 仿真与实验结果
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 主要工作
5.2 主要创新点
5.3 还需解决的问题
5.4 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-efficiency multi-wavelength metasurface with complete independent phase control[J]. 严璟,郭迎辉,蒲明博,李雄,马晓亮,罗先刚. Chinese Optics Letters. 2018(05)
[2]衍射极限尺度下的亚波长电磁学[J]. 蒲明博,王长涛,王彦钦,罗先刚. 物理学报. 2017(14)
[3]超表面相位调控原理及应用[J]. 李雄,马晓亮,罗先刚. 光电工程. 2017(03)
[4]广义折反射定律[J]. 赵泽宇,蒲明博,王彦钦,罗先刚. 光电工程. 2017(02)
[5]电磁超构材料色散调控研究进展[J]. 郭迎辉,蒲明博,马晓亮,李雄,罗先刚. 光电工程. 2017(01)
[6]Principles of electromagnetic waves in metasurfaces[J]. LUO XianGang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(09)
[7]矩形切角超宽频带微带天线[J]. 邵远,车仁信,陈宏然. 微型机与应用. 2010(04)
[8]一种U型宽带微带天线的设计与制作[J]. 车仁信,纪颖,刘广生. 大连交通大学学报. 2007(01)
本文编号：3403864
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