几种典型结构超材料的偏振特性研究

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1、分类号学号M201172872学校代码10487密级硕士学位论文几种典型结构超材料的偏振特性研究学位申请人：张鹏学科专业：物理电子学指导教师：杨振宇教授答辩日期：2014.1.13万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyonthepolarizationperformanceofseveralclassicalmetamaterialsCandidate:PengZhangMajor:PhysicalElectronicsSuperv

2、isor:Prof.ZhenYuYangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并

3、向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要超材料（Metamaterials）是近十多年出现的一种新型人工材料。它主要通过在自然媒介中嵌入人工设计的几何结构电磁单元来实现对各种物理量的调制，从而获得新奇的电磁特性，如负折射率、理想成像、逆多普勒效应、反常切连科夫辐射效应、

4、非对称传输、电磁诱导透明等。基于这些电磁特性，超材料在很多领域具有巨大的潜在应用价值，可用来构造隐身斗篷、吸波器件、隔离器、等离子体传感器、偏振转换器件等。本论文主要研究了三种典型结构的超材料的偏振特性，主要工作如下：(1)对金属螺旋超材料在微波段的偏振特性的研究。利用有限积分法对单螺旋、双螺旋和三螺旋结构超材料的透射谱进行仿真研究，并开展实验测试工作。研究结果表明单螺旋和双螺旋结构具有良好的圆二向色性，而三螺旋结构不具有圆二向色性。我们运用了天线理论、琼斯矩阵和时间反演对称对研究结果进行了定性的理论解释。此外，还提出了一种基于超材料均质化方法的分析模型来计算单螺旋结构的透射率。(2)对双层金

5、属开口谐振环的偏振特性的研究。通过引入外在手性，在斜入射条件下对双层金属开口谐振环的透射谱进行仿真研究。研究结果表明该结构具有巨大的圆极化相互转换效率。我们主要通过结构单元表面电流分布来分析其内部的电磁共振，从而对研究结果进行定性的理论解释。(3)对非对称十字形金属孔阵列的偏振特性研究。在对称十字形金属孔的基础上，通过改变水平和垂直方向两孔的相对位置，引入非对称性来对其透射特性进行仿真研究。研究结果表明引入非对称性后，透射峰会发生分裂，形成红移和蓝移两个透射峰，并且它们的峰值位置与非对称性的大小成线性关系。此外透射峰的强度可通过改变入射光的极化角进行调节。我们主要通过分析非对称十字形金属孔的磁

6、场分布，并利用一种简单的拉格朗日模型来对研究结果进行定性的理论解释。关键词：超材料偏振螺旋金属开口谐振环非对称十字形金属孔I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractMetamaterialisanewkindofartificialmaterial,whichcantunesomephysicalquantitiesbyembeddingelectromagneticstructureunitsintonaturalmediums.Metamaterialsexhibitsomenovelproperties,suchasnegativerefraction,idealimaging，

7、reversedDopplereffect,reversedCerenkovradiation,asymmetrictransmition,electromagneticinducedtransparency.Basedontheseproperties,metamaterialshavenumerouspotentialapplicationsinalotoffields,whichcanbeu