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1、微尺寸天線的研究已經(jīng)逐漸成為了一個(gè)熱門領(lǐng)域。如果傳統(tǒng)天線的尺寸足夠小以至于能對(duì)太赫茲波,光波和近紅外光波波段的電磁波產(chǎn)生反應(yīng),則可稱其為微尺寸天線,其尺寸為納米到微米數(shù)量級(jí)。微尺寸天線在與天線尺寸同數(shù)量級(jí)波長(zhǎng)的電磁波照射下,其表面會(huì)出現(xiàn)局域表面等離子共振,結(jié)果是天線上出現(xiàn)等離子體振子,這些振子可以散射電磁波,這種散射波的特性由天線的尺寸、形狀和材料等決定。因此通過(guò)設(shè)計(jì)不同形狀與尺寸的天線,就能對(duì)散射波的幅度、相位和極化方向等參數(shù)進(jìn)行控制
2、,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)波前的操控。這樣,天線就可以廣泛應(yīng)用于諸如偏折光線,亞波長(zhǎng)聚焦,具有多種功能的超薄平面透鏡、納米半波片、隱身材料、光電轉(zhuǎn)換、太陽(yáng)能效率增強(qiáng)、拉曼增強(qiáng)、熒光增強(qiáng)、量子通信、細(xì)胞檢測(cè)、表面等離子增強(qiáng)(SPR)、納米通信、數(shù)學(xué)運(yùn)算等領(lǐng)域。雖然微尺寸天線有非常廣闊的應(yīng)用前景,但目前微尺寸天線的理論發(fā)展還不成熟,從天線的理論分析和模型建立,到材料選型,再到加工技術(shù)等環(huán)節(jié)都還處在研究階段。尤其是在驗(yàn)證所建立的天線模型環(huán)節(jié),通常是采用
3、有限時(shí)域差分算法,該算法存在耗時(shí)量大,不容易收斂等缺點(diǎn),這使得研發(fā)效率大大降低。本文嘗試將經(jīng)典微波波段中,用于計(jì)算電磁波的RWG矩量法(RWG-MomentofMethod,簡(jiǎn)稱RWG-MoM,RWG為發(fā)明該方法的三位作者姓名首字母)算法引入到微尺寸天線的求解中來(lái),對(duì)天線模型的散射場(chǎng)進(jìn)行快速求解,通過(guò)與有限時(shí)域差分法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,當(dāng)RWG-MOM算法用到求解由C形天線組成的三種操縱光波的超薄透鏡參數(shù)時(shí),相比較于時(shí)域有限差分法(Fi
4、niteDifferenceTimeDomain,簡(jiǎn)稱FDTD)算法實(shí)現(xiàn)了最少30倍,最快100倍以上的速度提升。另外本文也設(shè)計(jì)了一種銀納米天線,可以使圓極化光的相位產(chǎn)生從0到2π的任意突變,用以實(shí)現(xiàn)光的自由偏折和聚焦,接著討論了影響納米天線陣列的聚焦和折射能力的因素。本文以微尺寸天線檢測(cè)微生物的應(yīng)用為例,探討了微尺寸天線在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。微生物的大小、相對(duì)位置和實(shí)驗(yàn)環(huán)境等因素對(duì)天線諧振頻率的影響,同時(shí)不同形狀的天線,對(duì)于同種微生物
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