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《苏州大学》 2018年
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利用零折射率光子晶体和材料实现对电磁波的操控

刘冰冰  
【摘要】:零折射率材料是折射率为零的一类特殊电磁材料。具有无穷大的波长,均匀场效应,隧穿效应,波前面调控效应等特殊性质,在隐身、吸收、控制电磁波流等方面具有广泛应用。其中具有狄拉克色散的介质光子晶体,在狄拉克点频率处的有效介电常数和有效磁导率均为零,是实现双零零折射率材料的一种非常便利的方式。本文第一章首先介绍了零折射率材料的分类,以及一些特殊的性质。我们详细介绍了调控光子晶体能带实现零折射率的方法,这也是本项工作的材料基础。然后简单介绍了本项工作的实验基础,即微波扫场的实验平台。最后对本文的主要工作进行简述。第二章中,我们结合零折射率材料和超表面来实现透射式隐身。结合零折射率材料对电磁能流的调控能力和对电磁波相位的保持,以及超表面对入射/出射电磁波相位的调控,我们成功利用双零零折射率光子晶体在实验上实现了透射式隐身。这一全新的设计思想,既避免了变换光学包裹式隐身对材料不均匀分布的依赖,又潜在性可以大大缩小隐身器件的尺寸,具有很高的应用前景。在第三章中,我们将零折射率材料引入到相干完美吸收当中,通过在零折射率材料中嵌入带有吸收的缺陷,实现了对电磁波的相干完美吸收。这种新类型的相干完美吸收打破了传统相干完美吸收双端口相对入射的限制,甚至可以实现单端口的相干完美吸收。同时,这种新类型的相干完美吸收机制也提供了更多的自由度来实现吸收率的自由调控。我们的微波实验和理论预测符合的很好,为相干完美吸收的推广做出了贡献。第四章我们讨论了ε_⊥(垂直于光轴的相对介电常数)为零的单轴晶体与各向同性介质的界面上D’yakonov表面波的传播条件。结果发现,当ε_⊥趋于零时,D’yakonov表面波存在并传播的角度范围并没有如预想的得到提升。但我们的理论计算结果也发现,通过材料参数的优化,我们可以大大提升D’yakonov表面波的传播角度范围。为D’yakonov表面波的应用打下了基础。最后一章总结了本文的主要工作,并讨论了进一步的研究方向。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O734

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