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电磁超构材料是由亚波长共振单元周期或非周期排列构成的人工复合材料,能够呈现出天然材料不具备的超常电磁特性,可以实现对电磁波的强度、偏振、相位、频率等参量的调控。在二维体系中,麦克斯韦方程组具有两组相互独立的解:即横电模式(Transverse Electric Mode,TE Mode:电场在入射面内)和横磁模式(Transverse Magnetic Mode,TM Mode:磁场在入射面内)。本文中,我们考察的二维体系是由铁氧体磁性柱阵列在空气中周期性排列的单层磁性电磁超构材料,基于该结构实现对入射的TE和TM两种偏振的电磁波束的分离调控,通过改变外加磁场或结构参数可以进一步改变出射光束的方向,为电磁波束的调制提供了多个自由度。主要内容如下:第一章中,主要介绍了光子晶体、电磁超构材料以及磁性电磁超构材料的发展历程、电磁特性和它们在各领域中的现状和应用前景。尤其对于铁磁材料所构建的磁性电磁超构材料,由于其本征的磁性响应和可调特性,使其表现出光子晶体和常规的电磁超构材料所不具备的各种电磁特性和奇异现象;第二章中,介绍了本文采用的物理模型及理论方法:针对无限长单根磁性柱Mie散射理论,之后介绍了磁性柱阵列的多重散射理论,它可用于模拟电磁波束的散射场、透射谱、反射谱、以及散射振幅和散射相位等参数;第三章中,主要探究了电磁波束入射到三种不同结构参数的单层磁性电磁超构材料的散射现象,实现了TE和TM两种模式的电磁光束的分离。结构1:TE模式负透射,我们通过调节外加磁场的强度使得TM模式由负透射切换到全反射;结构2:TE模式正透射,我们通过调节外加磁场仍能使得TM模式由负透射切换到全反射;结构3:TE模式全反射,我们通过调节外加磁场使得TM模式由全反射切换到正透射。由于我们的体系是单层结构,通过分析单个磁性柱的各阶散射场的模式、阵列中心部分相邻柱子的散射振幅和散射相位,得出这一极化分离现象的实现是来源于0和+1、-1阶Mie共振的共同作用及相邻柱子散射相位之间的特殊关系。第四章中,着重分析了单层磁性电磁超构材料一阶和二阶共振下的非互易特性,我们通过分析单根磁性柱的Mie散射系数及各阶散射场的模式,得出一阶非互易负透射现象的出现是由于0和+1、-1阶Mie共振的共同作用,二阶非互易负透射现象的出现是由于0和+2、-2阶Mie共振的共同作用,而且可通过调控外加磁场的方向控制负透射和全反射的切换。还阐明了折射光束的偏移现象是因为体系的结构参数与工作频率的关系偏离了某一平衡位置,且这种负透射光束的偏折可以发生在一定的角度范围之内。第五章中,最后回顾与总结了本文的研究工作,并对单层磁性电磁超构材料结构优化、光束调制的后续工作进行了展望。