【摘 要】
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电磁超材料作为一种人工制造的电磁结构,能根据不同的应用需求选择合适的材料,设计出不同的结构、尺寸、旋转方向的电磁结构单元或阵列,对入射电磁波的特性参数进行按需调控,实现新型高性能空间滤波、波束调控、聚焦透镜、全息成像等新颖平面功能器件与系统,在光学、电子学等技术领域已受到广泛关注。以流体、弹性体等材料作为介质基底或者作为基体设计的可控超材料,在对入射电磁波特性参数的按需、实时调谐方面,具有明显的性
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电磁超材料作为一种人工制造的电磁结构,能根据不同的应用需求选择合适的材料,设计出不同的结构、尺寸、旋转方向的电磁结构单元或阵列,对入射电磁波的特性参数进行按需调控,实现新型高性能空间滤波、波束调控、聚焦透镜、全息成像等新颖平面功能器件与系统,在光学、电子学等技术领域已受到广泛关注。以流体、弹性体等材料作为介质基底或者作为基体设计的可控超材料,在对入射电磁波特性参数的按需、实时调谐方面,具有明显的性能优势,成为了电磁超材料领域的新兴热点研究方向。目前已报道的流体超材料在非线性耦合互作用效应等方面仍存在诸多关键技术难题和研究空白。论文针对流体超材料热非线性这一极具价值的研究领域,深入研究了液态金属基温控超材料工作机理、设计和分析方法;创新探索了液态金属基温控超材料热可控/非线性耦合分析理论、数值仿真方法、制备工艺及测试方法等关键技术;实验研究验证了液态金属基温控超材料电磁调控机理,揭示了液态金属基温控电磁超材料热非线性耦合机理及效应。论文主要的研究工作及特色如下:1.分析Fano、EIT、Anapole、ELC四种谐振模式及其高Q值机理,优化设计出四种液态金属基高Q值温控超材料单元结构,所设计的Anapole结构实测平均谐振Q值可达240,所设计的EIT结构实测温控灵敏度可达17.12MHz℃,实测FOM值可达1.09/℃。2.利用基于有限元的全波电磁仿真软件HFSS,数值仿真获取四种谐振模式液态金属基温控电磁超材料热可控调谐特性数据,以标准尺寸矩形波导为测试环境,搭建实验测试平台,完成了液态金属基温控超材料温控可重构机理的测试验证。3.基于电磁热理论及传热控制理论,对ELC反射型液态金属基温控电磁超材料电磁热机理和传热控制机理进行了分析,建立了液态金属基温控电磁超材料多物理场非线性耦合关系模型;利用COMSOL多物理场仿真软件,完成了液态金属基温控电磁超材料在不同功率入射电磁波激发下电磁热仿真,以及非线性耦合效应仿真,结合数据拟合,揭示了液态金属基温控电磁超材料热非线性耦合及调控机理;搭建实验平台,完成了液态金属基温控电磁超材料热非线性特性验证。本论文研究成果发展出液态金属基温控超材料的热非线性特性与热调控机理研究关键技术,具有良好的科学意义和工程价值。
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