超材料器件的能流調控作用研究.pdf

1、Metamaterial是20世紀末興起的一種新型的人工結構性材料。其所具有的特異性結構賦予了該類型材料超乎尋常的物理性質，主要表現在其能對諸如電磁波、聲波等能量場的完美操控;相對于常規(guī)介質材料，該類型材料的另一個優(yōu)勢在于其具有亞波長尺寸的結構周期。因此，超材料的出現為結構微型化、功能超?；钠骷谱魈峁┝艘粋€可行的途徑。
　　本文首先根據電磁超材料器件的典型設計理論-坐標變換理論，設計了一種近紅外光學微結構耦合器，并詳細論述了耦

2、合器耦合特性和工作波長、組成耦合器基本單元的電磁參數、基本單元的數量以及耦合器尺寸之間的關系。理論結果表明，通過選定合適的耦合器基本單元，能夠實現耦合器效率高達100％全透射;而且，可以通過調節(jié)耦合器尺寸，使其滿足不同頻帶的完美透射的需求。其次，從理論方面入手，設計了一種聲學超材料聚焦透鏡。通過分析組成該聚焦透鏡的相位控制單元的聲場傳輸特性，選擇透射率高、相位控制精準的結構單元組成聲聚焦透鏡。仿真結果表明，在相控單元厚度及間距均實現了亞

3、波長尺寸的前提下，上述聲聚焦透鏡在設計工作頻率4167Hz處成功實現了3.29dB增益效果。這對于減小傳統(tǒng)聲聚焦器件的尺寸，設計出能滿足要求的聲聚焦透鏡具有一定的指導意義。最后，基于等效介質理論，設計了一種聲學單向負折射棱鏡，并從實驗上對其效果進行驗證。實驗數據表明:在10KHz-20KHz的頻率范圍內，上述結構均能實現聲能流的單向負折射傳輸。上述設計改善了現有單向傳輸器件工作頻帶較窄的特性，在醫(yī)學超聲等需要聲能流進行特殊控制的領域具有