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《湖南大学》 2016年
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场局域效应在微波吸收中的应用研究

周科涛  
【摘要】:人为调控光一直是人们梦寐以求的目标,也是电磁学研究领域中的一个重要课题。人工微结构因其独特的亚波长结构单元的周期性排列而形成常规媒质所不具备的反常电磁特性,当入射电磁波与这些亚波长周期结构相互作用时,可以产生许多奇特的物理现象如负折射、电磁隐身、逆多普勒频移及亚波长成像等。人工微结构的等效电磁参数依赖于原胞的构型、尺寸以及构成原胞的原材料的介电常数和磁导率,这为人们设计和制造各类具有超常电磁特性的光子器件提供了一种全新的设计理念,为实现对光或电磁波的人为调控提供了可能的技术支撑。场局域效应是人工微结构调控电磁波的物理本源之一。光子晶体是人工微结构典型之一,由具有不同折射率的电介质呈周期性排列而成,这种周期性电介质结构中入射场与散射场的干涉叠加导致了光子晶体中局部场强增强。超材料是另一种典型的人工微结构,主要由各种构型的金属薄片周期性排列构成,这些金属薄片的表面等离子体共振效应导致的局部场增强极其强烈!本文主要从光子晶体的非线性折射率系数和微波吸收超材料两方面入手,研究光子晶体中场局域效应的特征和定量描述,以及超材料对微波吸收材料吸波性能的调控,论文主要工作和创新点如下:1.从等效非线性折射率系数的角度出发,研究了二维三角格光子晶体场TM模的局域效应。与正方格光子晶体一样,TM模的电场主要集中在高折射率介质中,不同的是,相同介质柱的三角格比正方格的填充率更高。此外,我们还系统地研究了三角格光子晶体的几何结构参数、折射率差等对场局域效应的影响,发现这些参数的影响规律都可以从光子晶体频带结构的变化来判断。2.从场局域效应和等效电磁参数的角度出发,仿真研究了方框结构对微波吸收剂吸波性能的调控规律。系统地研究了背景介质的电磁参数如介电常数和磁导率等对金属微结构谐振频率的影响,发现随着背景介质折射率的增大,金属微结构的谐振频率往低频移动。此外,设计了金属框加微波吸收剂的复合型微波吸收超材料,并从金属框的大小及间距、金属框与微波吸收剂的距离分析了其吸波性能,并研究了电磁波不同入射方向时金属框周边的局域场分布。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O441;TN015

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