超材料器件的能流調(diào)控作用研究.pdf

1、Metamaterial是20世紀(jì)末興起的一種新型的人工結(jié)構(gòu)性材料。其所具有的特異性結(jié)構(gòu)賦予了該類型材料超乎尋常的物理性質(zhì)，主要表現(xiàn)在其能對諸如電磁波、聲波等能量場的完美操控;相對于常規(guī)介質(zhì)材料，該類型材料的另一個(gè)優(yōu)勢在于其具有亞波長尺寸的結(jié)構(gòu)周期。因此，超材料的出現(xiàn)為結(jié)構(gòu)微型化、功能超?；钠骷谱魈峁┝艘粋€(gè)可行的途徑。
　　本文首先根據(jù)電磁超材料器件的典型設(shè)計(jì)理論-坐標(biāo)變換理論，設(shè)計(jì)了一種近紅外光學(xué)微結(jié)構(gòu)耦合器，并詳細(xì)論述了耦

2、合器耦合特性和工作波長、組成耦合器基本單元的電磁參數(shù)、基本單元的數(shù)量以及耦合器尺寸之間的關(guān)系。理論結(jié)果表明，通過選定合適的耦合器基本單元，能夠?qū)崿F(xiàn)耦合器效率高達(dá)100％全透射;而且，可以通過調(diào)節(jié)耦合器尺寸，使其滿足不同頻帶的完美透射的需求。其次，從理論方面入手，設(shè)計(jì)了一種聲學(xué)超材料聚焦透鏡。通過分析組成該聚焦透鏡的相位控制單元的聲場傳輸特性，選擇透射率高、相位控制精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)單元組成聲聚焦透鏡。仿真結(jié)果表明，在相控單元厚度及間距均實(shí)現(xiàn)了亞

3、波長尺寸的前提下，上述聲聚焦透鏡在設(shè)計(jì)工作頻率4167Hz處成功實(shí)現(xiàn)了3.29dB增益效果。這對于減小傳統(tǒng)聲聚焦器件的尺寸，設(shè)計(jì)出能滿足要求的聲聚焦透鏡具有一定的指導(dǎo)意義。最后，基于等效介質(zhì)理論，設(shè)計(jì)了一種聲學(xué)單向負(fù)折射棱鏡，并從實(shí)驗(yàn)上對其效果進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:在10KHz-20KHz的頻率范圍內(nèi)，上述結(jié)構(gòu)均能實(shí)現(xiàn)聲能流的單向負(fù)折射傳輸。上述設(shè)計(jì)改善了現(xiàn)有單向傳輸器件工作頻帶較窄的特性，在醫(yī)學(xué)超聲等需要聲能流進(jìn)行特殊控制的領(lǐng)域具有