特异材料中单负材料和双负材料的传输特性及应用的研究

论文摘要

Meta在希腊语中有超越的意思,因此在这种意义下,Metamaterials指的是超越传统材料,或者特异材料。包括双负材料和单负材料的特异材料主要是指由人工制备的材料,其有着在自然界中不存在的独特性质。对于负折射率的特异材料的研究将可能导致用于“完美成像”物体的超透镜,性能优良的天线,毫微光刻和纳米回路,以及能使物体隐性的“特异涂料”的发展。另一方面,对于单负材料性质的特异材料的研究将有助于双负材料或左手材料的制备。如果把双负材料或单负材料进行层状堆叠,构成的异质结构将各自形成零有效折射率带隙和零φ带隙,而这些异质结构将在微腔,天线基底,同轴波导有重要应用。加进缺陷层后,这两种异质结构将在禁带里形成隧道模式,这将有助于设计一种全新的滤波器。本论文主要研究了双负材料的传输特性以及由单负材料构成的异质结构的传输特性及其应用。论文的主要内容以及创新点简述如下:1.研究了微波吸收壁对于克服衍射和散射,从而形成清晰透射图样的重要作用。我们给出了在不同结构尺寸下的反向相位传输的情况,同时我们理论上提出了可能观察到反向相位传输的方法。2.推导了在入射面和出射面情形下,考虑损耗的折射公式以及损耗nκ和折射角之间的关系。我们研究并给出了复有效折射率的实部和虚部对于成像距离和折射角的影响。3.设计了一种新的异质结构,通过这种结构,我们能实现可调谐、零相移的全方向的滤波。同时我们进一步证明了有缺陷层的异质结构将产生隧道模式,且这种隧道模式是全方向的。其中,可调谐、零相移的全方向的滤波是主要创新点。4.详细推导了,在TE模式和TM模式下,由单负材料构成的异质结构的色散关系,在单层单负材料中的传输矩阵和单层右手材料中的传输矩阵,以及传输和反射系数。5.比较了由单负材料构成的异质结构和由双负材料构成的异质结构在禁带和隧道模式上的差异。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 特异材料介绍
• 1.1 电磁特异材料
• 1.2 左手材料的特殊性质
• 1.2.1 负折射率和负折射
• 1.2.2 完美透镜和完美成像
• 1.2.3 反多普勒效应
• 1.2.4 反常切伦科夫辐射和光压
• 1.3 左手材料的研究进展
• 1.3.1 左手材料的理论研究进展
• 1.3.2 左手材料的实验研究进展
• 1.4 单负材料的介绍
• 1.5 本论文概要
• 第二章 左手材料棱镜的数字化实验
• 2.1 介绍
• 2.2 数字化模拟
• 2.2.1 COMSOL Multiphysics 软件的介绍
• 2.2.2 有限元法介绍
• 2.3 左手材料棱镜中的折射
• 2.3.1 微波吸收壁的效应
• 2.3.2 与 Teflon 样品的比较
• 2.3.3 反向相位传输的观测和理论解释
• 2.3.4 复折射率虚部的影响
• 2.4 结论
• 第三章 左手材料平板的数字化实验和折射公式
• 3.1 介绍
• 3.2 损耗对折射公式的影响
• 3.2.1 入射面处的折射公式
• 3.2.2 出射面处的折射公式
• 3.2.3 数字化实验
• 3.3 左手材料平板成像
• 3.3.1 复折射率n= n（1 + iκ） 的实部
• 3.3.2 复折射率n= n（1 + iκ） 的虚部
• 3.4 结论
• 第四章 单负材料异质结构的传输特性
• 4.1 介绍
• 4.2 计算模型和数学方法
• 4.3 有缺陷层的异质结构的隧道模式
• 4.4 结论
• 第五章 相关公式的详细推导
• 5.1 介绍
• 5.2 TE 模式和TM 模式下的色散方程
• 5.3 TE 模式和TM 模式下的传输矩阵
• 5.4 TE 模式和TM 模式下的透射和反射系数
• 5.5 结论
• 第六章 单负材料构成的异质结构和双负材料构成的异质结构的比较
• 6.1 关于禁带的比较
• 6.2 关于隧道模式的比较
• 6.3 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢