鱼鳞型超构材料的电控可调谐特性研究

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超构材料具有常规材料不具有的奇特电磁特性,自其出现就一直受到人们的广泛关注。但是当单元结构的形状和尺寸固定后,超构材料的电磁响应随之固定。为了解决这一问题,在单元结构中引入有源材料来实现可调谐超构材料,并且已经取得了许多优秀的科研成果。电磁诱导透明效应在慢光、光信号处理、量子开关等领域有着巨大的应用价值,但是原子系统中电磁诱导透明效应的产生条件较为苛刻,而超构材料能够不受条件的限制,实现类电磁诱导透明现象。类电磁诱导透明现象同样具有高透明度和强色散等特性。本文的主要研究内容是鱼鳞型超构材料的电控可调谐特性,设计了多种不同的超构材料结构,通过PIN二极管实现可调谐超构材料,利用理论仿真和实验系统地研究这些结构的电磁响应,主要内容如下:设计了一种带有两条金属横线的鱼鳞型结构,改变入射角度实现电磁诱导透明现象。将PIN二极管嵌入单元结构中,利用CST中场路协同仿真和二极管的RLC等效电路两种仿真方法,实现了透射曲线中的电磁诱导透明现象,其透射幅值达到0.8左右。并且在二极管电流为5mA时,改变入射角度,实现了依赖于入射角度变化的电磁诱导透明现象。利用谐振处的表面电流分布图,解释说明了电磁诱导透明现象的产生机理。最后在微波暗室中对设计的超构材料进行了实验验证,实验测试结果与仿真结果基本吻合。设计了不同开口缝隙位置的鱼鳞型超构材料,改变开口缝隙位置,结构的透射曲线出现明显的透明窗口。之后在结构中引入纵向金属线,同样实现了可调谐电磁诱导透明现象,并且仿真发现这一电磁响应对入射角度变化不敏感。最后系统地分析了电控鱼鳞型结构的可调谐特性,在仿真中通过二极管两端电流实现对透射曲线频率2.8GHz处从“关”到“开”的调控。我们还研究入射角对透射曲线的影响,发现我们所关注频率处的谐振对入射角度变化不敏感。在频率2.8GHz处的谐振对二极管位置的变化同样不敏感,而频率9.8GHz和10.8GHz处的谐振随着二极管位置的移动出现重叠再分开的现象。实验测试结果与仿真结果基本吻合。可调谐超构材料对于光开关、光传感以及光存储等诸多领域具有重要意义。
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