基于手性异向介质的圆极化波调控和史密斯-珀塞尔辐射
发布时间：2021-08-28 20:38
异向介质是由亚波长单元结构周期性排列而成的人工结构,由于其独特的电、磁、光学性能,对电磁波有着非同寻常的调控能力,引起了广泛的研究兴趣。超构表面,可以视为异向介质的二维形式,由于采用平面工艺进行制备,更加容易实现。高能粒子电磁辐射调控技术在分子成像、电子激光源、粒子探测等方面具有广泛的应用,基于异向介质的高能粒子电磁辐射调控新技术,是高能物理、材料科学和电磁科学相互交融的重要研究前沿,对于相关学科的融合发展具有重要的意义。本文针对单一圆极化波调制和高能粒子电磁辐射调制难以直接实验验证的难题,开展了手性异向介质在圆二色性、非对称传输、可重构性能以及史密斯-珀塞尔辐射（Smith-Purcell radiation）控制的前沿探索性研究,为推进该领域新型异向介质和器件的实用化提供关键技术支撑。本文所取得的创新性成果归纳如下:1.基于Jones矩阵对称性的分析和Pancharatnam-Berry phase（PB-phase）设计原理,提出了一种圆二色性反常反射超构表面的设计方法,并进行了实验验证。进一步设计了针对特定圆极化波全透射而对其他圆极化波全反射的手性单元结构,利用PB-phase...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）等效负介电常数的细金属棒阵列结构[20]；（b）等效负磁导率的开口金属谐振环
浙江大学博士学位论文第1章绪论6图1.3（a）第一块V型超构表面[49]；（b）广义斯涅耳折射与反射定律[50]；（c）微波段“H”型超构表面[51]；（d）调控圆极化波的金属棒结构超构表面[53]。超构表面具有三维异向介质的奇异电磁特性，且其厚度远远小于工作波长，有望克服三维异向介质体积大、加工困难以及高损耗的问题。基于超构表面的应用研究迅速成为研究的热点，比如：全息成像[55-61]，光学透镜[62-67]，单向表面波耦合[68-70]，超构表面隐身衣[71,72]等等。超构表面对相位、幅值、极化的灵活调控，为科学家设计新的光学器件提供了新的研究思路。与传统的光学器件相比，基于超构表面的新型光器件不仅可以降低制造难度与成本，更有利于光学器件的小型化。1.2异向介质简介1.2.1手性异向介质简介在自然界中，从物质分子到蛋白质、晶体，手性无处不在。如果一个结构与其镜像对称结构通过旋转、平移操作能够重叠，则该结构不具有手性特性，反之，结构具有手性特性。手性结构具有十分奇特的光学电磁特性，比如，当一束线性光入射透过一个手性材料时，光的极化平面将会发生旋转，该现象被称为旋光效
浙江大学博士学位论文第1章绪论8如图1.4（d）（e）所示。手性异向介质的提出，迅速成为新的研究热点，基于超强手性特性，科学家们设计实现了各种基于手性异向介质的功能光学器件：利用三维螺旋金属阵列实现的宽频带圆极化波偏振片[85]，图1.4（f）；利用结构的双各向异性，实现非对称传输的三层结构手性超构表面[86]，图1.4（g）；利用手性异向介质实现的圆极化波探测器[87]，图1.4（h）。在上述内容中，主要介绍了手性异向介质的负折射率、旋光效应、不对称传输、圆二色性以及吸收特性等。基于手性异向介质和手性超构表面强大的电磁调控性能，为实现新的电磁光器件提供了一种新的设计思路。图1.4（a）螺旋状手性异向介质[78]；（b）立式谐振腔手性异向介质[12]；（c）非对称传输的本征手性超构表面[82]；（d）非本征手性异向介质中的手征特性[83]；（e）圆极化波选择性吸收的非本征手性异向介质[84]；（f）三维螺旋状圆极化波偏振片[85]；（g）双各向异性的非对称传输超构表面[86]；（h）圆极化波探测器[87]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Programmable time-domain digital-coding metasurface for non-linear harmonic manipulation and new wireless communication systems[J]. Jie Zhao,Xi Yang,Jun Yan Dai,Qiang Cheng,Xiang Li,Ning Hua Qi,Jun Chen Ke,Guo Dong Bai,Shuo Liu,Shi Jin,Andrea Alù,Tie Jun Cui. National Science Review. 2019(02)
本文编号：3369206
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）等效负介电常数的细金属棒阵列结构[20]；（b）等效负磁导率的开口金属谐振环
浙江大学博士学位论文第1章绪论6图1.3（a）第一块V型超构表面[49]；（b）广义斯涅耳折射与反射定律[50]；（c）微波段“H”型超构表面[51]；（d）调控圆极化波的金属棒结构超构表面[53]。超构表面具有三维异向介质的奇异电磁特性，且其厚度远远小于工作波长，有望克服三维异向介质体积大、加工困难以及高损耗的问题。基于超构表面的应用研究迅速成为研究的热点，比如：全息成像[55-61]，光学透镜[62-67]，单向表面波耦合[68-70]，超构表面隐身衣[71,72]等等。超构表面对相位、幅值、极化的灵活调控，为科学家设计新的光学器件提供了新的研究思路。与传统的光学器件相比，基于超构表面的新型光器件不仅可以降低制造难度与成本，更有利于光学器件的小型化。1.2异向介质简介1.2.1手性异向介质简介在自然界中，从物质分子到蛋白质、晶体，手性无处不在。如果一个结构与其镜像对称结构通过旋转、平移操作能够重叠，则该结构不具有手性特性，反之，结构具有手性特性。手性结构具有十分奇特的光学电磁特性，比如，当一束线性光入射透过一个手性材料时，光的极化平面将会发生旋转，该现象被称为旋光效
浙江大学博士学位论文第1章绪论8如图1.4（d）（e）所示。手性异向介质的提出，迅速成为新的研究热点，基于超强手性特性，科学家们设计实现了各种基于手性异向介质的功能光学器件：利用三维螺旋金属阵列实现的宽频带圆极化波偏振片[85]，图1.4（f）；利用结构的双各向异性，实现非对称传输的三层结构手性超构表面[86]，图1.4（g）；利用手性异向介质实现的圆极化波探测器[87]，图1.4（h）。在上述内容中，主要介绍了手性异向介质的负折射率、旋光效应、不对称传输、圆二色性以及吸收特性等。基于手性异向介质和手性超构表面强大的电磁调控性能，为实现新的电磁光器件提供了一种新的设计思路。图1.4（a）螺旋状手性异向介质[78]；（b）立式谐振腔手性异向介质[12]；（c）非对称传输的本征手性超构表面[82]；（d）非本征手性异向介质中的手征特性[83]；（e）圆极化波选择性吸收的非本征手性异向介质[84]；（f）三维螺旋状圆极化波偏振片[85]；（g）双各向异性的非对称传输超构表面[86]；（h）圆极化波探测器[87]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Programmable time-domain digital-coding metasurface for non-linear harmonic manipulation and new wireless communication systems[J]. Jie Zhao,Xi Yang,Jun Yan Dai,Qiang Cheng,Xiang Li,Ning Hua Qi,Jun Chen Ke,Guo Dong Bai,Shuo Liu,Shi Jin,Andrea Alù,Tie Jun Cui. National Science Review. 2019(02)
本文编号：3369206
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