面向電磁波極化調(diào)控的手性超材料的研究.pdf

1、電磁超材料是指一些人工設(shè)計(jì)并呈現(xiàn)天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的復(fù)合材料，超材料在電磁場(chǎng)調(diào)控領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。手性超材料基于手性結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，通常具有旋光性、圓二色性、光的拓?fù)浣^緣等特性。論文在研究手性超材料極化調(diào)控基本原理的基礎(chǔ)上，開展了基于手性超材料的極化調(diào)控的應(yīng)用研究，并結(jié)合理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)手性超材料90°極化旋轉(zhuǎn)器及圓極化器的極化調(diào)控特性開展了一系列的工作。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1)設(shè)計(jì)了一種基于

2、4-V結(jié)構(gòu)的手性超材料90°極化旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的上下兩層幾何結(jié)構(gòu)間具有不對(duì)稱性。通過公式計(jì)算及仿真可知，該手性超材料結(jié)構(gòu)在15.63GHz和19.1GHz處分別實(shí)現(xiàn)了90°極化旋轉(zhuǎn)和-88°的極化旋轉(zhuǎn)。該手性超材料上下結(jié)構(gòu)之間的不對(duì)稱性，為以后的研究提供了新的思路。
　　2)設(shè)計(jì)了一款雙頻 e型手性超材料90°極化旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，其單元結(jié)構(gòu)幾何形狀類似于英文字母 e。仿真發(fā)現(xiàn)，該模型在7.84GHz和8.43GHz處的 PCR接近

3、100％，傳輸效率超過96.5%，橢偏度幾乎為零，極化轉(zhuǎn)化角為90°。根據(jù)極化轉(zhuǎn)換理論可知，該結(jié)構(gòu)在兩頻點(diǎn)處均實(shí)現(xiàn)了90°極化旋轉(zhuǎn)。
　　3)設(shè)計(jì)了一款基于4-I結(jié)構(gòu)手性超材料90°極化旋轉(zhuǎn)器。該手性超材料是由電容加載結(jié)構(gòu)構(gòu)成的雙層四重(C4)對(duì)稱模型。由于結(jié)構(gòu)的四重對(duì)稱性，使得入射波極化模式和入射角度均具有不敏感性。仿真與實(shí)測(cè)表明：手性超材料的電容加載結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)旋光性；該手性超材料具有極低的損耗和極高的極化轉(zhuǎn)換比(PCR，約為

4、99.6%)，其極化傳輸效率達(dá)到98%，同時(shí)在諧振點(diǎn)處極化轉(zhuǎn)化角度接近90°，橢偏度接近于零。
　　4)設(shè)計(jì)了一種寬帶手性超材料圓極化轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)開口諧振器和短貼片構(gòu)成。通過數(shù)值仿真研究了其入射波垂直入射和斜入射時(shí)的電磁特性：電磁波垂直入射時(shí)，該圓極化器具有極強(qiáng)的手性及圓二色性，第一個(gè)諧振點(diǎn)附近的增益低于-10dB的帶寬大于1GHz，具有優(yōu)秀的帶寬特性；斜入射時(shí)，該手性材料在較寬的入射角范圍內(nèi)(0°~40°)仍具有圓