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《南京大学》 2006年
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金属基元的电磁材料中负折射现象的数值研究

董正高  
【摘要】: 有效介电常数和磁导率同时小于零的人工电磁材料(也即所谓的左手材料)具有诸多不同于一般材料的电磁特性(例如,负折射效应、突破衍射极限的平板成像效应等),是当前热点研究的前沿课题之一。在本论文的工作中,围绕如何证明某种人工材料是否为左手材料、以及如何实现左手材料这两个基本问题,通过基于有限元法的全波数值模拟,研究了金属基元特异材料(Metallic Metamaterials)中的楔形负折射、后退波传播、平板成像以及透射特性。 尽管由金属谐振环和细线构成的复合材料(以下简称环-线复合材料)已经实现了负折射现象,并且被认为是左手材料的首次实现。但是对于该结构的负折射现象是否起源于左手性质的电磁响应依然存在一定的疑问。本论文第三章的目的就是通过数值模拟的途径,来验证环-线复合材料中楔形负折射实验是否确实起源于左手材料的特性。根据本文所模拟的折射场分布,发现该环-线复合材料可以划分出四个频带:阻带、左手频带、小折射率频带和正折射率频带。其中,在左手频带的频率下,环-线复合材料内部的反向相位传播也得到了验证。此外,不同频带下的折射方向还满足斯涅尔定律。根据以上的数值模拟结果,我们证实了环-线复合材料确实是一种具有负折射率的左手材料,为相关的实验工作提供了令人信服的数值模拟证据。 对于环-线复合材料中左手性质的电磁响应,起初的设想是其在宏观上具有金属细线阵列的负有效介电常数和金属谐振环阵列的负磁导率。这一观点忽略了谐振环和细线之间的相互作用,因此人们认为有必要更深入、透彻地解释环-线复合材料的负折射起源。这一亟待解决的问题正是第四章所要讨论的内容。首先,我们分析了电负材料和磁负材料的层状复合结构中存在的负折射现象:根据有效介质近似,可以获得该复合材料有效介电常数和磁导率同时小于零的情况。这一分析与数值模拟结果相吻合。接下来,本文采用这一模型解释了环-线复合材料中的负折射现象。此外,当电负材料、磁负材料的层厚度不再远小于电磁波波长时(有效介质近似不成立的情况),该复合材料中的电磁波只能沿着电负材料和磁负材料的界面传播。有趣的是,这种界面波不但具有负折射的性质,而且还具
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O441.6

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【引证文献】
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1 王政平;马杰;张振辉;;异向介质研究进展[J];光学与光电技术;2007年05期
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【共引文献】
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1 刘少刚;基于单一平面电容传感器的木材含水率检测系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 赵立华;纳米尺度光波导及微结构若干性质研究[D];南开大学;2010年
3 赖生建;计算电磁学中的径向基无网格法[D];电子科技大学;2010年
4 王姗姗;微纳光纤的反射特性及其光子学器件应用[D];浙江大学;2010年
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6 黄红瑕;复杂媒质中瞬态电磁场快速算法的研究[D];华北电力大学(北京);2011年
7 朱剑;复杂电磁问题的有限元、边界积分及混合算法的快速分析技术[D];南京理工大学;2011年
8 杜磊;时域有限元电磁计算方法的研究[D];南京理工大学;2010年
9 曹德安;手征介质的FDTD算法研究[D];华南理工大学;2011年
10 胡权;微波管电子光学系统数值模拟及CAD技术研究[D];电子科技大学;2011年
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1 王召召;城市环境下通信信号穿透损耗的定量研究[D];郑州大学;2010年
2 刘肖峰;基于MOM的天线耦合研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张强;电力机车弓网离线噪声辐射场强车厢内外转换关系的研究[D];北京交通大学;2011年
4 马谢;系统电磁兼容仿真[D];电子科技大学;2010年
5 夏灿;介质目标电磁散射特性的矩量法分析[D];安徽大学;2010年
6 杨子合;几种不同金属结构的电学屏蔽特性研究[D];中原工学院;2011年
7 王珊;具有陷波特性的超宽带天线的分析与设计[D];西安电子科技大学;2011年
8 缪元本;三维简单目标与二维导体粗糙面电磁散射的矩量法研究[D];西安电子科技大学;2011年
9 朱超群;辐射场通过天线对无线设备的干扰分析[D];西安电子科技大学;2011年
10 张阿东;基于UPML边界的车载多天线系统FDTD研究[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
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1 王道生;C波段高功率微带铁氧体收——发双工器的研究[J];电讯技术;1991年06期
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4 杨立功,顾培夫,黄弼勤;从几何光学研究负折射率透镜的有限尺寸效应(英文)[J];光子学报;2003年11期
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8 陈龙,何赛灵,沈林放;含负折射率介质的多层结构中倏逝波传播及隧道效应的分析[J];物理学报;2003年10期
9 赵乾,赵晓鹏,康雷,张富利,刘亚红,罗春荣;一维负磁导率材料中的缺陷效应[J];物理学报;2004年07期
10 康雷,赵乾,赵晓鹏;二维负磁导率材料中的缺陷效应[J];物理学报;2004年10期
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1 陈红胜;异向介质等效电路理论及实验的研究[D];浙江大学;2005年
2 韩德专;表面等离子体激元在周期结构中的能带及传播性质[D];复旦大学;2006年
3 宋磊;负折射率物质的理论和数值模拟研究[D];山东大学;2007年
4 张辉;超常介质的电磁特性及其应用研究[D];国防科学技术大学;2009年
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1 韩晓东;连续波雷达收发隔离问题的研究[D];南京理工大学;2006年
2 焦月英;连续太赫兹波成像技术的研究[D];首都师范大学;2008年
【二级引证文献】
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1 王政平;马杰;张振辉;;一种设计Metamaterials结构的新思路[J];光学与光电技术;2009年01期
2 张振辉;王政平;马杰;;一种扩展方形环异向介质结构的设计[J];光学与光电技术;2009年04期
3 张振清;王丽彬;李爱华;陈强;;在梯形四能级原子系统量子调控下的左手效应[J];光学与光电技术;2013年03期
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1 张振辉;基于Metamaterials的吸波体与滤波器理论研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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3 刘蕾;差分反射率因子的误差分析及基于标定源的修正方法实现[D];安徽大学;2012年
4 高衍品;基于有限元方法的贵金属表面等离子体振荡的仿真与研究[D];天津大学;2012年
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1 葛芳芳,王万录,刘高斌,刘亚静,胡江川;负折射现象的研究进展[J];材料导报;2003年S1期
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2 胡金兵;;多普勒效应和逆多普勒效应的对比研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
3 高鹏;张淳民;;新型开口谐振环对周期结构的负折射特性分析[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 陈园园;黄肇明;施解龙;王奇;;一维光子晶体中的负折射现象的理论分析[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
5 史金辉;朱正;孙晶华;李庆波;黄宗军;关春颖;;浅谈前沿物理问题在大学物理实验教学中的渗透[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(上册)[C];2010年
6 许河秀;王光明;陈新;;基于互补开口单环谐振器对的电小复合左右手传输线[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
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1 李晓平;光波段负折射研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
2 黄艳艳;含有各向异性和手征性的特异材料的负折射及光束偏移效应研究[D];苏州大学;2013年
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4 丁佩;亚波长金属周期结构的负折射和局域场增强效应的研究[D];郑州大学;2009年
5 王燕;负折射光子晶体反常Doppler效应的实验验证[D];上海理工大学;2010年
6 孙竞博;非正定介质的超常电磁特性及其应用的研究[D];清华大学;2012年
7 杨娟;二维光子晶体及左手媒质研究[D];西安电子科技大学;2005年
8 张浩;经典波在周期和准周期系统中的传播特性的研究[D];复旦大学;2006年
9 刘松华;异向介质与基于EBG的相控阵天线研究[D];西安电子科技大学;2008年
10 汤云飞;液体表面波在周期结构中的传播及水波的混沌现象研究[D];复旦大学;2007年
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