五层对称人工超常材料结构的表面等离子体激元

研究了由左手材料、负介电材料、常规介电材料所构成的几种五层对称结构表面等离子体激元的特性.讨论了表面等离子体激元的存在区域、色散关系、以及p和s偏振的表面色散曲线枝,发现表面模的性质强烈依赖于系统的组成材料及其组合方式;层数越多,表面色散曲线枝也越多,处在频率通带的表面极化模态也越多;在五层结构中有p和s两种偏振的表面等离子体激元,在共振时,可导致p波和s波强透射.此外,通过使用衰减全反射方法,探讨了激发并观察表面等离子体激元的可能性.

基于固体软板与空心圆柱双负声超常材料实现

在环氧树脂软板中周期性引入钢柱,利用其表面模集体共振激发,实现了负的有效质量密度响应.在空心钢柱周期性切缝构造亥姆赫兹共振腔结构,实现了负的体模量响应.复合以上2种结构,实现了质量密度和体模量同时为负的双负声超常材料.与现有的基于三维共振单元的双负材料相比,这种基于二维共振单元的双负超常材料结构更简单,易于制备.

声超常材料:负参数声学材料的实现

声超常材料是质量密度和模量可以为负的新型人工材料,其实现在概念上推动了声理论的发展,同时也为研究各种新奇性质提供了可能,从而在应用上为设计各种新型波功能器件提供了基础.对声超常材料的研究成为当前国际上的一个研究热点.对声超常材料的研究进展评述,同时对局部共振机制实现负参数的基本原理进行阐述.

超常材料的可调谐完美吸收

提出了一种在近红外波段实现超常材料可调谐完美吸收的方法。设计了一种超常材料圆环吸收结构,通过调节内径,详细研究了内径变化对完美吸收共振波长和吸收率的影响。结果表明,当内直径增大到140 nm时,该结构仍有90%以上的吸收率,共振波长漂移了200 nm,实现了可调谐的完美吸收。此外,通过LC磁共振模型和场强分析,更进一步验证了该方法的正确性。这种新的设计方法在保持较高吸收率的基础上实现了可调谐的完美吸收,对于超常材料完美吸收研究和应用提供了重要参考和依据。

电介质层尺寸对超常材料折射率传感的影响

提出了一种提高超常材料折射率传感灵敏度的方法。在超常材料完美吸收结构的基础上,通过改变电介质圆盘直径,探究折射率传感性能的变化。结果表明,随着电介质层圆盘直径的减小,折射率传感灵敏度和品质因子都有了近3倍的提高并趋于极限值。通过对电介质层电场分布的分析,进一步证实了适当减小电介质圆盘尺寸可有效的提高传感性能这一结论。这种新的设计方法同时具有高灵敏度、高品质因子的特点,对于超常材料的折射率传感应用研究提供了重要参考和依据。

有源超常材料的研究及应用

超常材料是具有自然材料所不具备的超常物理性质的一类人工电磁材料。由于本身具有损耗大、工作带宽窄等缺点严重限制了其应用研究,尤其是在太赫兹和光波频段。在金属微结构单元结合某种非线性材料(半导体、量子结、量子阱等)构成复合型超常材料,或者改变超常材料的外部激励(如温度、光激励、电磁场等)可以控制其整体特性,实现抵消材料损耗、调控它对电磁波的响应强度和频谱范围。本论文总结了有源超常材料在各频段的研究进展及应用。

各向异性超常材料中倒退波的传播研究

研究了完全各向异性超常材料中的倒退波传播现象,得到了在材料本征轴和传输轴成任意角度情形下倒退波形成的条件,分析了超常材料的介电张量和磁导率张量、电磁波的偏振方式对倒退波形成和传播的影响.在此基础上,进一步分析了几种不同色散曲线关系的各向异性超常材料中倒退波的产生情况,获得了电磁波波矢和坡印亭矢量(能流)夹角的具体表达式和倒退波传播的一般性结论.此外,还研究了近零介电常数超常材料中倒退波的传播特性,发现在此类超常材料中倒退波只能是完美倒退波.

太赫兹超常材料及应用

超常材料具有人工设计的结构,并有自然材料所不具备的超常物理性质。超常材料的电磁响应灵活可调,对太赫兹(THz)技术意义非凡。THz超常材料的实现和迅速发展为太赫兹技术的发展和应用带来了新的机遇。总结了THz波段超常材料的研究进展,包括THz波段超常材料的构造及制备、基于超常材料的THz波器件以及超常材料在THz波技术中的其他应用。

各向异性超常材料平板透镜的聚焦特性分析

运用矢量角谱理论研究各向异性超常材料平板透镜的聚焦特性,得到了光束在平板透镜内外各区域的矢量场分布,揭示了超常材料平板透镜的聚焦特性跟材料的各向异性参数之间的定量关系,发现聚焦场的偏振态因平板透镜的各向异性特性而发生改变.作为矢量理论的具体应用,分析了光轴方向磁导率为-1,其他各向异性参数均为1的超常材料平板透镜的聚焦特性,发现此类透镜对初始沿某一横向方向偏振的光束能实现部分聚焦,并发生偏振旋转现象.

各向异性超常材料的偏振分离特性

提出了一种利用含有负介电常量和磁导率张量的各向异性超常材料实现偏振分离的方法。通过分析电磁波在无损耗各向异性超常材料中的传输性质以及透射率与入射角度的关系,分类比较了由不同符号的介电常量和磁导率张量组合而成具有不同波矢面的各向异性超常材料的偏振分离特性,比较结果表明波矢面为单叶双曲面和椭球双叶双曲面的各向异性超常材料的偏振分离特性强。前者可以实现入射波中的s分量和p分量中某一分量正折射,另一分量负折射,且在一定条件下可以同时全透射,从而实现大角度偏振分离。后者在一定条件下可实现入射波中的s分量和p分量某一分量全反射,另一分量全透射,从而实现偏振分离。最后,对从各向同性介质入射到这两种各向异性超常材料中的高斯光波的传输进行了模拟计算,结果表明这两种各向异性超常材料可以实现很好的偏振分离功能,有潜力成为新型的偏振分离元件。

介质夹层对四扇环超常材料电磁吸收的影响研究

设计了一种新型电磁共振吸收超常材料。这种材料具有金属绝缘体一金属结构特性，其顶部的金属层由四瓣扇形金块构成。模拟发现，此结构在可见光和紫外频段具有良好的电磁吸收能力，且位于四瓣扇形金块下的介质层的形状、尺寸和介电常数的变化对该材料的吸波能力具有很大的影响。当四瓣扇形金块下的介质层为同等半径的圆柱形状，材料为氧化铝，厚度一定时，结构的吸收率高于90％的相对吸收线宽达到0．76，吸收范围从可见光波段延伸至紫外光波段。该研究为电磁吸波器件的设计和制造提供了一定的理论依据。

高斯光束在超常材料界面的反射光束角移研究

利用角谱理论,分别研究了高斯光束在空气与负、近零、超大折射率超常材料界面上的反射光束角移现象,揭示了光束角移与传统古斯-亨兴位移和伊姆伯特-费多罗夫位移的联系与区别。研究发现,光束角移随着折射率及损耗的减小而增大;在负折射率介质界面,角移可能抵消负的古斯-亨兴位移,从而导致光束的纵向位移为正。此外,在近零折射率超常材料界面,在较大范围内不存在横向角移,而在极大折射率超常材料界面,横向角移极小。因此,零折射率和超大折射率超常材料可以用来避免反射光束角移导致的角色散。

特殊服装材料对未来战争及人们生活的影响

论述了特殊服装材料的发展趋势及对人们生活和未来战争的影响 ,提出了特殊服装材料向智能化、生物工程化。

应用变换光学理论调控电磁场光束束宽

根据变换光学理论,提出了利用超常材料调控光束束宽及将有限束宽光束变成线光束的理论方案,得到了所需超常材料的介电常数和磁导率的解析结果。应用这些结果,可以实现对光束束宽的调控或者将有限束宽光束压缩成线光束。利用有限元分析方法进行全波仿真,仿真结果与理论相符合,可应用于压缩或扩展电磁波束的能量密度。线光束中心处的场能量密度极大,可应用于增强非线性光学效应等方面。

一种结构简单的太赫兹频段宽带完美吸收体

采用有限时域差分法研究了一种模型结构简单且可以在太赫兹频段工作的宽带超材料完美吸收体。模拟结果表明,这种超材料吸收体可以在1.13 THz^2.25 THz频率范围内实现90%以上的宽带吸收,其中在1.25 THz^1.75 THz实现99%以上的完美吸收。利用时域有限差分(finite-different time domain, FDTD)法对该设计进行模拟计算,通过改变器件的尺寸、入射电磁波的极化角度和入射角等参数,分析其内部吸收机理。通过模型几何参数和结构内部的电磁场分布分析,对比高电导率的金属,低电导率金属铬双环内外环的协同作用使得入射电磁能量主要通过欧姆损耗耗散在金属层。该仿真结果为低电导率金属等离子体超材料的完美吸收研究和应用提供了参考和依据。

隐声衣结构设计和实验研究新进展

隐声衣是一项使物体隐藏于声场的新技术,与传统吸声方式相比,隐声衣消除回波时不会在目标背后留下声影区。隐声衣的物理实现是重点研究方向之一,利用具有特殊性质的材料或结构消除散射是获得隐声效果的主要途径。文章综述了隐声衣研究在结构设计和实验方面的几项新发展。包括基于超常材料的隐声衣、基于温度递度的隐声衣、应用反演设计方法的隐声衣、有源隐声衣等,主要介绍隐声衣机理和结构设计方面的新思想,以及新型人工材料和人工结构在隐声衣研究中的应用。