基于层结构人工介质的单方向电磁传输特性研究

论文摘要

人工介质是一种新型复合介质结构或材料。常见人工介质有超材料、光子晶体、人工等离激元结构等。这类材料的性质可以通过人工设计调节,从而具有自然材料所不具备的功能,产生了许多新奇的性质:异常折射、超透镜和电磁隐身等。这在通信、成像和军事等领域有着广泛的应用。电磁单方向传输是指电磁波只沿特定的一个方向传输,在相反方向完全抑制传输,具有抗背向散射的特性。本论文基于多层结构的人工介质,研究了电磁单向传输的性质。本文首先利用可调控的磁性多层周期结构,研究了在太赫兹频段不对称塔姆态等离激元带来的光学非互易性质。通过调节结构表面层的厚度和背景介质材料,可以发现不同条件下,将会分别出现束缚型和辐射型塔姆态等离激元。表面为磁性层的半无限周期结构将支持沿表面单向传输的束缚型塔姆态等离激元。该非互易性直接来源于表面磁性层。若将层状结构表面层由磁性层换为介质层,背景介质换为金属材料,则可用平面波直接入射激发出非互易辐射型塔姆态等离激元,形成有限层状结构的单向隧穿。模型中表面模式不对称的色散关系、场分布和透射谱均证实了以上结论。这为设计性能可调、结构紧凑的光隔离器提供了可能。本文还设计了在太赫兹频段单方向电磁传输的层状波导结构,实现了真正的电磁波“彩虹停驻”效应,即不同频率的电磁波停驻在波导的不同位置。我们利用金属-均匀介质-磁光材料组成的三层平板波导,通过外加渐变磁场,观察到了“彩虹停驻”效应。并且在芯层介电常数渐变的单向波导中,通过调节外加均匀磁场的强度,可以灵活调控特定频率电磁波的停驻位置,实现了对电磁波停驻的动态调控。同时该模型能抑制背向散射,克服了前人锥形电磁停驻波导中正向和反向模式耦合的难点。该结构内传输的电磁波也具有鲁棒性,对波导中的障碍物不敏感。这种抗背向散射且具有动态调控功能的“彩虹停驻”波导将在太赫兹传感、信息存储等方面有重大应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 人工介质
•   1.3 光子晶体
•     1.3.1 光子晶体
•     1.3.2 磁光光子晶体
•   1.4 电磁波的单向传输
•     1.4.1 基于表面模式的单向传输
•     1.4.2 基于体模式的单向传输
•   1.5 本论文的工作
•   参考文献
• 第二章 计算方法
•   2.1 麦克斯韦方程组
•   2.2 波动方程
•   2.3 光子晶体主要计算方法
•   2.4 磁表面等离激元光子晶体体模式的计算
•   2.5 磁表面等离激元光子晶体表面模式的计算
•   参考文献
• 第三章 磁表面等离激元晶体的光学非互易性
•   3.1 引言
•   3.2 模型和计算方法
•   3.3 半无限磁表面等离激元晶体表面的单向传输
•   3.4 有限磁表面等离激元晶体的单向隧穿
•   3.5 本章小结
•   参考文献
• 第四章 基于非互易波导的“彩虹停驻”效应
•   4.1 引言
•   4.2 模型和计算结果
•   4.3 “彩虹停驻”效应的实现
•   4.4 “彩虹停驻”的动态调控
•   4.5 本章小结
•   参考文献
• 第五章 结论与展望
•   5.1 本文小结
•   5.2 未来研究展望
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 史倩仪

导师: 王进

关键词: 非互易性,单向传输,磁表面等离激元,太赫兹

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学,材料科学

单位: 东南大学

基金: 江苏省自然科学基金项目(NO.BK20160878)

分类号: O734;TB33

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.001023

总页数: 66

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