新型人工電磁材料Fano諧振的理論與實驗研究.pdf

1、在過去的十年里,新型人工電磁材料(metamaterials)因其獨(dú)特的物理特性得到了廣泛的關(guān)注,成為物理學(xué)和電磁學(xué)前沿研究領(lǐng)域之一。自1961年非對稱線型的Fano諧振被發(fā)現(xiàn)以來,它已經(jīng)成為描述相互作用的量子體系最重要的性質(zhì)之一。新型人工電磁材料中的Fano諧振在一定條件下可類比于量子系統(tǒng)的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象(electromagnetical ly-induced transparency,EIT)。利用新型人工電磁材料的非對稱耦合可

2、以激發(fā)Fano諧振,實現(xiàn)從微波到可見光波段的電磁誘導(dǎo)透明,避免了以往電磁誘導(dǎo)透明研究領(lǐng)域的諸多難題及復(fù)雜的實驗條件。新型人工電磁材料中Fano諧振具有陡峭的色散特性,令其在傳感、開關(guān)、非線性、慢光、有源器件等方面具有眾多的潛在應(yīng)用。近年來,新型人工電磁材料中的Fano諧振受到了研究者的關(guān)注。本文主要的內(nèi)容是針對新型人工電磁材料的Fano諧振和電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象開展理論與實驗研究,具體工作如下:
　　(1)本文對新型人工電磁材料的發(fā)展

3、、奇特物理特性以及數(shù)值研究方法做了簡要介紹。
　　(2)研究了非對稱型諧振器的耦合機(jī)理,針對結(jié)構(gòu)參量、材料參數(shù)以及入射波的極化方向?qū)ano諧振的影響進(jìn)行了大量的數(shù)值仿真和全面的分析。結(jié)果表明:通過降低基底材料損耗和合理地設(shè)計新型人工電磁材料結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高品質(zhì)因數(shù)的新型人工電磁材料選頻器件,并且發(fā)現(xiàn)利用入射波的偏振化方向可實現(xiàn)Fano諧振的有效調(diào)諧。
　　(3)設(shè)計了旋轉(zhuǎn)角分別為0°和180°的非對稱開口環(huán)型雙層新型人工電磁

4、材料,研究了兩個Fano諧振的耦合效應(yīng),利用磁響應(yīng)的雜化現(xiàn)象解釋了雙層新型人工電磁材料的傳輸譜,理論仿真與實驗結(jié)果相吻合。研究發(fā)現(xiàn):間隔層厚度決定雙Fano諧振之間的耦合強(qiáng)度,進(jìn)而影響非對稱開口環(huán)型雙層新型人工電磁材料的電磁響應(yīng);在一定的條件下旋轉(zhuǎn)角θ=0°的雙層結(jié)構(gòu)的透射譜中可保留單層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中的Fano諧振,而兩種雙層結(jié)構(gòu)的透射譜都可出現(xiàn)邊緣陡峭的通帶。
　　(4)理論與實驗驗證了對稱開口環(huán)陣列和“U”型陣列兩種對稱新型人工電