单轴各向异性左手材料的特性研究

论文摘要

左手材料是近几年提出的一种新型人工材料,而单轴各向异性左手材料是左手材料的重要组成部分。若要将单轴各向异性左手材料应用到电磁器件中,就必须对各单轴向异性左手材料的特性进行系统研究。本论文主要研究了光轴与界面成任意角度的单轴各向异性左手材料的电磁特性、界面上的Goos-Hanchen位移和单轴各向异性左手平板波导的特性。主要工作如下：推导了光轴与界面成任意角度的单轴各向异性左手材料中TE偏振波和TM偏振波的色散方程。以色散方程为基础,对电磁波从各向同性右手材料入射到单轴各向异性左手材料时的负折射和反常全反射现象进行了分析。对这种材料层的消逝波放大效应进行了研究。最后对这种材料层的偏振分束特性进行了分析。针对入射波全反射和部分反射情形,对光轴与界面成任意角度的单轴各向异性左手材料薄层的Goos-Hanchen位移进行了详细的讨论和分析。得到了Goos-Hanchen位移的表达式。研究了这种材料层的透射共振增强Goos-Hanchen位移。设计了一种左手材料复合双棱镜。分析了发生折射的条件。用相位稳态分析法,研究了内部界面上反射波和透射波的Goos-Hanchen位移。研究了入射角和光轴与界面的夹角对透射波的Goos-Hanchen的影响。最后简单地探讨了这种双棱镜的潜在应用。推导了单轴各向异性左手平板波导的导模特征方程。以特征方程为基础,研究了非表面波模和表面波模的快慢波特性；分析了表面波模特征方程有或无解的情况；证明了波导的导模之间的正交关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 左手材料的提出
• 1.2 左手材料的研究历程
• 1.4 各向异性左手材料的研究背景
• 1.5 左手材料的应用前景
• 1.6 论文的研究目的与意义
• 第2章 左手材料的基础理论
• 2.1 左手材料的定义
• 2.2 左手材料的电磁特性
• 2.2.1 负折射效应
• 2.2.2 反常Cherenkov辐射
• 2.2.3 完美透镜效应
• 2.2.4 表面波模的传播
• 2.2.5 反常Doppler效应
• 2.3 左手材料的实现
• 2.3.1 负有效介电常数
• 2.3.2 负有效磁导率
• 2.3.3 微波段左手材料
• 2.3.4 红外波段和光波段左手材料
• 2.4 本章小结
• 第3章 单轴各向异性左手材料的电磁特性研究
• 3.1 电磁波在单轴各向异性左手材料中的色散方程
• 3.1.1 对于TE电磁波
• 3.1.2 对于TM电磁波
• 3.2 单轴各向异性材料的左手特性
• 3.3 单轴各向异性左手介质表面的反常全反射和负折射
• 3.3.1 对于TE电磁波
• 3.3.2 对于TM电磁波
• 3.4 消逝波的传播
• 3.4.1 对于TE消逝波
• 3.4.2 对于TM消逝波
• 3.5 单轴各向异性左手材料层的偏振分束效应
• 3.5 本章小结
• 第4章 单轴各向异性左手材料薄层的Goos-Hanchen位移
• 4.1 入射端和出射端均为各向同性右手材料
• 4.1.1 第一个界面发生全反射时的GH位移
• 4.1.2 第一个界面没发生全反射时的GH位移
• 4.2 入射端和出射端均为各向同性左手材料
• 4.2.1 发生折射的条件
• 4.2.2 稳态相位分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 单轴各向异性左手平板波导的导模特性研究
• 5.1 非表面波模
• 5.1.1 非表面波模的特征方程
• 5.1.2 非表面波模的快慢波特性
• 5.1.3 非表面波偶模的截止频率
• 5.2 表面波模
• 5.2.1 表面波模的特征方程
• 5.2.2 表面波模的快慢波特性
• 5.2.3 表面波模特征方程的解
• 5.3 导模间的正交性
• 5.3.1 光轴与界面垂直时
• 5.3.2 光轴与界面平行时
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录