梯度相位新型人工電磁材料的傳輸特性研究.pdf

1、超材料作為一種具有超常物理特性的新型人工復合結構材料，近年來吸引了研究人員的廣泛關注。毫無疑問，超材料以其獨特的電磁特性如負折射、旋光性以及非對稱傳輸特性，已經成為一個非常熱門的研究領域。2011年Capasso提出了一種單層的、超薄的超材料稱之為“metasurfaces”，通常是由許多亞波長的各向異性的諧振子周期性排列組成的。梯度相位超表面通過引入相位突變來實現對反射和透射電磁波波前的靈活調控。Capasso利用界面橫向的梯度設計，

2、驗證了廣義斯涅爾定律，利用梯度相位超表面陸續(xù)實現了雙極性透鏡、波束控制、異常折射/反射等。本論文主要針對梯度相位超表面進行了理論與實驗研究，利用梯度相位超表面實現了交叉偏振傳輸和背景自由的波束方向控制，對實現超薄、寬頻段的新型光電子器件具有重大意義。具體內容：
　　(1)主要研究了梯度相位新型人工電磁材料的電磁響應原理、廣義的反射定律和折射定律、相位梯度的調控。總結了異常折射的條件，探討了電磁波的偏振態(tài)及傳輸方向的調控方法。

3、>　　(2)利用V結構設計了一種單層超表面，能夠在微波段實現電磁波的異常折反射。x偏振波正入射時，由于橫向相位梯度的存在，反射和折射的y偏振波會出現一個異常反/折射角。
　　(3)利用 I結構設計了一種雙層超表面，在微波段實現了對正交偏振波的調控。通過對結構幾何參數的設計，使其對x偏振和y偏振入射波產生大小相同、方向相反的相位梯度。因此，x和y偏振波正入射到超表面時，透射波會向兩個相反的方向偏轉但是偏轉角相同。
　　(4)利

4、用非對稱開口分裂環(huán)孔結構設計了一種雙層梯度相位超表面，理論和實驗研究結果表明它能夠有效抑制共偏振傳輸和實現偏振轉換并且完成對交叉偏振波的波束方向調控。一束y偏振的平面波正入射到超材料上，透射波在6GHz-8GHz范圍內只存在x偏振波沒有y偏振波，實現了交叉偏振轉換。入射線偏振波經過超材料以后透射強度為0.71且透射波存在24°的偏轉角。針對結構參數和材料參數進行了大量的仿真和實驗驗證，實驗結果表明：在x偏振波正入射情況下，交叉偏振波的透