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    《中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)》 2019年
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    基于亞波長結構的輻射器件頻帶調控技術的研究

    孫啟瑞  
    【摘要】:振幅、相位和極化方式是電磁波的三個基本參量,傳統材料可以實現對這三個參量的控制,但通常比較笨重。最近關于超表面(一種二維的超材料)的研究進展使得我們能夠以前所未有的方式操控電磁波。超表面材料通過在二維平面上適當的布置亞波長單元結構來實現對電磁波的振幅、相位和極化方式的調控,可以實現任意的電磁波前。超表面器件甚至可以實現傳統天然光學材料無法實現的奇異電磁性能。同時,這些超表面器件具有極高的緊湊性。人造超表面材料引起了廣泛的關注。本文針對目前超表面器件的兩個關鍵問題進行了研究:一、超表面器件的色差問題。由于其對電磁波操控方式很特殊,使得多個波長或者一定帶寬的電磁波之間的參量調節具有一定的相關性,然而超表面單元結構的周期是固定的。因此,在解決某些聚焦、成像等問題上,不可避免的會出現色差問題。目前我們可以通過多種亞波長單元結構組合成一個超表面器件的方式來在一定程度上實現消色差的功能。本文的第三章提出了一種以雙開口圓環為單元結構的超表面材料。這種單元結構內外環之間的角度差的變化可以打破一定帶寬內各個波長之間的相關性。通過調節空間指向角與內外環之間的角度差,可以獲得大量的結構數據。利用粒子群優化算法來設計單元結構的排布方式,即可實現消色差的效果。二、超表面對電磁波強大的操控能力應該被賦予更加復雜與多樣的功能。本文的第四章提出了一種多功能超表面材料,能夠在兩個不同的頻率下有效的操縱這三個參量。所設計的平面亞波長器件不僅可以對線極化電磁波實現類似二極管的非對稱傳輸,而且還可以實現雙頻段低串擾的全息成像。所做的實驗表明當線極化波以一個極化方向入射,超表面中包含的信息(全息圖)可以在透射場被讀出,而在另一個垂直的極化模式的入射波則會完全被阻擋,這一實驗結果有力的支持了理論設計。所設計超表面的平均透過系數和消光比分別大于84%和58:1,與同類材料相比有了很大的進步。我們認為這種超表面結構是實現電磁波完全控制的有力工具,在通信和加密領域有許多潛在的應用前景。
    【學位授予單位】:中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)
    【學位級別】:碩士
    【學位授予年份】:2019
    【分類號】:TN65;O441

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