基于3D超构材料的光学性能的研究

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近几年,超构材料(Metamaterials)的发展已经成为了物理学、生物学、化学以及医学等领域中引人瞩目的研究热点。人们不断使用超构材料获得新的现象,比如负折射、Fano共振、隐身、以及光学活性等[1]。其已经吸引了全球上许多的科学家和研究组的广泛关注。  超构材料诞生至今,越来越多的单元结构被设计出来,其尺度越来越小,结构越来越复杂,以期能在高频段实现各种各样的效应,同时越来越多的新型材料被用于单元结构的设计中,产生了许多新奇的物理现象。本文中设计出一个新颖的三维(简称为3D)超构材料,并对其光学活性进行了理论研究,包括纳米结构间的耦合在3D超构材料中产生的迷人的光学特性,以及探究影响3D超构材料的光学活性的因素,得到了若干有意义的结果,如:旋光、不对称透射、圆二色向性等。这些结果对光电器件的结构设计以及应用有一定的指导作用。  1)从数值模拟上研究了一个具有四重旋转对称性的3D手性超构材料(C4-3D-CM)的光学属性以及单胞内的纳米颗粒之间的耦合对它的影响。结果表明,较高的偏振转化、近乎完美的圆二向色性、和迷人的不对称透射状的圆偏振光同时出现在同一个超构材料中,并且它们的强度依赖于单胞间的Z字型纳米颗粒之间的耦合。  2)为了研究物理机制,我们继续变换模型,研究纳米颗粒之间的耦合对偏振转化的影响。通过改变人工单元结构以及加入波导模式来模拟探究影响光学活性的因素,结果也表明单胞间Z字型纳米颗粒之间的耦合可以提高偏振转化和圆二向色性。
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