左手材料結構的設計和特性設計.pdf

1、左手材料(Left-handed metamaterials,LHM)是一種有效介電系數和磁導率同時為負的人工電磁材料,表現出一系列反常的電磁特性,如反常Doppler效應、反常Cherenkov輻射、反常Goos-H(a|¨)nchen位移、負折射效應和完美透鏡效應等。LHM的發(fā)現被美國《科學》雜志評為2003年度十大科技突破之一,《今日材料》將其列入近50年中十大進展,是當前物理與電磁學研究領域中的前沿與熱點。當前對左手材料的研究主

2、要集中在新型左手材料結構設計和左手材料的實際應用。結構設計是實際應用的基礎。從第一個在4.2GHz~4.6GHz具有負折射特性的金屬諧振環(huán)線結構左手材料實驗驗證后,不斷有新的結構被發(fā)現研究,其中有高介電系數電介質結構、半導體結構和表面等離子體漁網結構等,負折射的頻帶也從GHz擴展到THz和近紅外,為實際應用打下基礎。左手材料的是由單元結構周期排列組成。單元結構在電磁波的激勵下,當單個單元結構遠小于響應頻率波長時,單個單元結構可以近似看作

3、這個結構的原子,這個復合材料可以看成是均勻介質,具有有效的介電系數和磁導率,單個結構單元在響應頻段下的電磁響應可以反應出整體結構的電磁特性。左手材料結構設計是本文的主要工作。在研究過程中,通過理論和數值模擬等方法建立起一套系統(tǒng)的研究方案:通過單個單元模型的建立,S參數提取,有限差分法對結構的電磁場分析,在全波下楔形模型數值模擬折射場,從理論到數值模擬研究左手材料的電磁特性。通過對金屬劈裂環(huán)的電磁響應研究,設計了雙層對置金屬劈裂環(huán)結構,根

4、據電磁場和諧振模式的分析,得出在兩個頻段該結構具有負有效介電系數和磁導率,全波下楔形模型數值模擬結果證實了這個結論?？烧{整響應頻帶的左手材料是研究方向之一。根據向列型液晶的特性,提出了金屬劈裂環(huán)加液晶的三明治左手材料結構,將優(yōu)化的金屬環(huán)線結構單元與液晶相結合,通過外加電場調節(jié)液晶的介電系數,通過改變負的磁響應使該結構負折射響應中心頻率可在一定范圍內較方便、反復的調整,通過模擬仿真和理論分析證明這是一個可行的結構模型,具有一定的應用價值。