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基于超表面材料的红外波振片及其特性研究

时间:2020-06-21 16:16来源:毕业论文
设计一种新颖的基于超表面材料的红外波,并研究其在常用红外波段对通过其电磁波的相位调制。众所周知,红外光的波长是1mm~760nm,对应的频率是 0.3THZ~395THZ,本文设计的超表面材料的

摘要传统的波片被制作出来后便具有固定的功能, 例如半波片用来在偏振光的寻常光与非寻常的光分量酌位相之间,产生半波长的光程差或者180°位相差的延迟,用来对偏振光进行旋转。四分之一波片用来在偏振光的寻常光与非寻常光之间产生90°位相差的延迟,将线偏振片转变为椭圆偏振片或圆偏振片。近年来,超表面材料的红外波振片具有灵活调制的特点,备受研究者的关注。传统的波片大多用于可见光范围内,本文着重设计一种新颖的基于超表面材料的红外波,并研究其在常用红外波段对通过其电磁波的相位调制。众所周知,红外光的波长是1mm~760nm,对应的频率是 0.3THZ~395THZ,本文设计的超表面材料的波振片中,对其进行扫频范围定在 10THZ~250THZ。文章的开始介绍了超材料的相关概况,然后设计了基于超表面材料的波振片,通过对其扫频,找出出现Fano 共振的频率,围绕我们想要的特定频率对模型进行调整优化,最终通过对输出曲线 S21的分析得出结果。51429
毕业论文关键词:红外波段 超材料波片 相位调制 Fano共振
Properties of a metamaterial based oninfrared wave vibration
Abstract Traditional wave plate was made after a fixed function, such as half wave plateused to the polarized light of ordinary light and extraordinary light component of theaction phase, resulting in a half wavelength of the optical path difference or 180degrees phase delay ,in order to rotate the polarized light.The four wave plate is usedto generate a delay of 90 degrees phase difference between the ordinary light andextraordinary light. In recent years, the infrared wave vibration of metamaterial hasthe characteristics of flexible modulation, which has attracted much attention ofresearchers.The traditional wave plate is mostly used in the visible light range. Thispaper focuses on the design of a novel based on the super surface infrared wavevibration, and to study the commonly used in infrared band based on the phasemodulation of the electromagnetic wave modulation. It is well known that thewavelength of infrared light is 1mm~760nm, the corresponding frequency is0.3THZ~395THZ, in this paper, the sweep frequency range of the wave plate of themetamaterial is 10THZ~250THZ. The beginning of the article introduces the generalsituation of the related materials, and then we design the wave vibration based onmetamaterial, through the frequency sweep, we find the Fano resonance frequency,according to the specific frequency,we adjust the model optimization.The final resultsthrough analyzing the output curve of S21..
Key Words: infrared wave band, metamaterial plate, phase modulation, Fanoresonance

目录.1

1引言2

1.1超材料的概况及发展2

1.2超材料的原理.3

1.3超材料的应用.5

1.4基于超材料的Fano共振..5

1.4.1Fano共振概念..5

1.4.2Fano共振产生机理6

2数值模拟方法.7

2.1有限元法..7

2.2时域有限差分法10

2.3模拟软件的介绍12

2.4小结12

3超表面材料的波振片的模型设计.13

3.1波振片的模型构建13

3.2波振片边界与激发场的设置.13

3.3小结.14

4数值模拟.14

4.1结构的Fano共振及其引起的相位突变14

4.2模型结构改变对相位突变的影响16

4.3机理分析.16

4.4小结.18

参考文献.19

致谢.20
1引言1.1 超材料的概况及发展超材料是一种复合型材料,它起源较早,是上个世纪几位优秀科学家共同努力取得的成果,在对复杂材料的研究中,科研人员提出了这一概念[1]超材料是一种特殊的材料,它有自然界材料中所不具备的特性,它是指具有反常的人工电磁功能材料。它的定义是用希腊词“meta”来描绘的,是组合后的复合材料中的新特性,国际上也正式确定了这个定义。起初,科学家们通过研究电磁波,来找出电磁波和自然界材料的相互作用,他们发现在光频段的研究尤为频繁。在光频段中,电磁波能和自然界材料互相影响。最后发现,因为分子的不对称性缘故,一束电磁波通过这些由分子组成的自然界材料时,出现了奇特的现象。例如:电磁波的极化方向有了改变,这种改变让很多人想到了不对称分子组成的材料, 大家认为这种奇特现象是该种材料有了旋光性。紧接着,研究人员将光频段拓展到低频段,准备进行人工合成,把金属镶在电介质表层。金属和自然界材料有同样的功能,只不过金属有比自然界材料更为大的尺寸,用更长波长的电磁波进行入射,结果发生了更强烈的相互作用。受到这种思路的启发,科学家们设计了可以改变极化特性的人工材料源`自,辣.文;论"文'网[www.lwfree.com,多次探究后他们设计了许多更复杂的材料来展现天自然界的材料所没有的新特性。比如Smith团队在实验中研制了拥有负折射率的新材料[2],这种材料的问世在科学界引起了巨大反响。材料结构在图 1.1所示,正方形且有开口的铜环以及铜线条被雕印在玻璃质的纤维电路板的左右侧, 这种结构是具有周期性的它在特殊波段会有负的介电常数同时也有负的磁导率,从而将入射电磁波旋转负角度,验证负折射率是存在的。最近,两个研究方向在超材料领域受到了研究人员的关注。 基于超表面材料的红外波振片及其特性研究:http://www.lwfree.com/wuli/lunwen_55059.html

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