利用介质超材料控制太赫兹波的振幅和相位 被引量：6

1

作者 张学迁 张慧芳 +5 位作者 田震 谷建强 欧阳春梅 路鑫超 韩家广 张伟力 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期68-73,共6页

设计了基于介质高阻硅的超材料用于对太赫兹波的透射振幅和相位进行控制。这里组成超材料的基本结构单元为亚波长柱状硅,相比于基于金属的超材料,其损耗小,效率也更高。太赫兹入射到不同尺寸和旋向的柱状硅时,所透射的太赫兹波的振幅和... 设计了基于介质高阻硅的超材料用于对太赫兹波的透射振幅和相位进行控制。这里组成超材料的基本结构单元为亚波长柱状硅,相比于基于金属的超材料,其损耗小,效率也更高。太赫兹入射到不同尺寸和旋向的柱状硅时,所透射的太赫兹波的振幅和相位也不同。通过设计不同空间位置处的柱状硅尺寸和旋向,就可以实现任意的振幅和相位分布,从而对透射波波前进行完全的控制。实验中,利用这种硅质微结构设计了三种不同的奇异光栅,其衍射级次和数目可任意控制。这种基于介质超材料的方法,设计简单,加工方便,在制作太赫兹波段低损耗的功能器件方面有着广泛的应用前景。 展开更多

关键词 振幅和相位控制 介质超材料 太赫兹 奇异光栅

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基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片 被引量：4

2

作者 葛栋森 许全 +2 位作者 魏明贵 张学迁 韩家广 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第9期281-285,共5页

采用基于高阻硅的曲折线型(meander-line)介质超材料,设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片,可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示,通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸,可以调节... 采用基于高阻硅的曲折线型(meander-line)介质超材料,设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片,可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示,通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸,可以调节微结构的双折射特性,进而改变沿微结构两个正交方向偏振的太赫兹波的透射振幅和相位,使之振幅相近(约0.55),相位相差90°。实验上,通过离子束刻蚀硅的方法按照设计加工了一个样品,并利用太赫兹时域频谱系统进行了表征。实验结果和模拟结果吻合得很好,实现了带宽在1.07~1.41 THz范围内有效的四分之一波片,对应的归一化椭圆率高达0.99,证实了该设计的有效性。此外,还通过改变微结构的几何参数,进一步在模拟上设计了两个在其他太赫兹波段工作的四分之一波片,证明了该微结构的可调谐特性。 展开更多

关键词 太赫兹 介质超材料 曲折线型微结构 四分之一波片

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可调介质超材料研究进展 被引量：4

3

作者 毕科 王旭莹 +2 位作者 兰楚文 郝亚楠 周济 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期1-13,41,共14页

超材料由于具有自然界材料所不具备的一些独特的电磁和光学特性而被广泛关注与研究。相比于传统金属结构超材料,介质超材料不仅可以低损耗地实现超常电磁特性,而且对外场具有很高的敏感度,其电磁参数随磁场、电场、温度等外场的变化而改... 超材料由于具有自然界材料所不具备的一些独特的电磁和光学特性而被广泛关注与研究。相比于传统金属结构超材料,介质超材料不仅可以低损耗地实现超常电磁特性,而且对外场具有很高的敏感度,其电磁参数随磁场、电场、温度等外场的变化而改变,因而受到了功能材料和信息器件领域研究者的广泛关注。分别从磁可调、电可调和温度可调3个方面介绍可调介质超材料。首先,对于磁可调介质超材料,介绍了基于铁氧体的多种磁可调结构的研究进展以及铁磁谐振原理;其次,对于电可调介质超材料,介绍了基于石墨烯、变容二极管和液晶材料的多种电可调结构的研究进展;最后,对于温度可调介质超材料,介绍了基于二氧化钒、锑化铟和钛酸锶材料实现温度可调性能的研究进展及其相应物理机制,并展望了可调介质超材料的发展趋势和潜在应用。 展开更多

关键词 超材料 可调介质超材料 磁可调 电可调 温度可调

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基于准正则模式的全电介质超材料宽带反射器机理

4

作者 蒋乐昕 谢振龙 +2 位作者 郭泽虹 丘伊宁 陈溢杭 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第20期339-348,共10页

全电介质超材料宽带反射器具备损耗低、反射效率高、结构紧凑等优点,深入理解其反射带的形成机理对超材料结构和性能的优化、以及进一步设计新型光子器件均具有重要意义.本文利用离散的硅纳米柱阵列和硅膜底层连接的硅纳米柱阵列分别构... 全电介质超材料宽带反射器具备损耗低、反射效率高、结构紧凑等优点,深入理解其反射带的形成机理对超材料结构和性能的优化、以及进一步设计新型光子器件均具有重要意义.本文利用离散的硅纳米柱阵列和硅膜底层连接的硅纳米柱阵列分别构造了两个全电介质超材料宽带反射器,通过求解其准正则模式,结合散射矩阵理论拟合出了超材料的反射谱.发现零频准正则模式对拟合准确性有重要影响,并提出了用色散关系分析法准确求解零频准正则模式.进一步用高Q值和低Q值准正则模式分别拟合出共振反射谱和背景反射谱.结果表明,超材料反射器的宽带反射源于低Q值的准正则模式造成的背景反射.本文提出的研究方法可进一步拓展,用于分析Mie共振、准连续域束缚态等共振现象,为超材料光谱特性的解释提供新的思路. 展开更多

关键词 全电介质超材料 宽带反射 准正则模式 散射矩阵

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基于非对称结构全介质超材料的类电磁诱导透明效应研究 被引量：1

5

作者 张跃斌 马成举 +4 位作者 张垚 金嘉升 鲍士仟 李咪 李东明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第19期83-90,共8页

本文设计了一种非对称结构的类电磁诱导透明超材料结构,利用时域有限差分方法对其光学特性和类EIT效应进行了仿真分析,建立了其耦合洛伦兹模型,并对所设计超材料结构的类EIT效应进行了模拟分析.结果表明:利用两个长短不同的硅块明模和... 本文设计了一种非对称结构的类电磁诱导透明超材料结构,利用时域有限差分方法对其光学特性和类EIT效应进行了仿真分析,建立了其耦合洛伦兹模型,并对所设计超材料结构的类EIT效应进行了模拟分析.结果表明:利用两个长短不同的硅块明模和明模之间的耦合,在1555 nm附近实现了类电磁诱导透明效应;通过对该超材料的微结构参数进行优化,实现了超高Q值(Q约为8616)的类EIT效应,透射率可达96%;通过调节硅块的长度以破坏超材料结构的非对称性,实现了对类电磁诱导透明窗口的主动调控.所设计的全介质超材料结构具有低损耗、易制备、主动可调控等优点,在主动可调控的慢光器件、高灵敏的光学传感器、窄带滤波器等光学器件的设计中具有潜在的应用价值. 展开更多

关键词 全介质超材料 电磁诱导透明 耦合洛伦兹模型

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基于全介质棒状结构Mie杂化耦合原理的带通滤波器

6

作者 郭思炎 高泽华 +1 位作者 兰楚文 李勃 《电子元件与材料》 CAS CSCD 2017年第10期63-66,共4页

采用高介电、低损耗的全介质棒状结构超材料,实现了一种微波带通滤波器。棒状结构的第1级磁谐振和第1级电谐振在同一频率范围重合并发生杂化耦合,该耦合模态在X波段(8~12 GHz)产生了增强性传输。通过对该结构的优化设计,得到一个好的滤... 采用高介电、低损耗的全介质棒状结构超材料,实现了一种微波带通滤波器。棒状结构的第1级磁谐振和第1级电谐振在同一频率范围重合并发生杂化耦合,该耦合模态在X波段(8~12 GHz)产生了增强性传输。通过对该结构的优化设计,得到一个好的滤波效果。当采用5排结构时可以得到优异的带通滤波性能,该滤波器中心频率为9.4 GHz,3 dB带宽为532 MHz,插入损耗在2 dB左右,边带陡峭。 展开更多

关键词 全介质材料 滤波器 带通 Mie杂化模式 棒状介质 CST仿真

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基于全介质超材料的波前控制器件

7

作者 华亚南 《光学仪器》 2020年第1期20-24,共5页

通过调制电磁波的相位和振幅可以达到控制电磁波的目的,为了实现超材料器件对电磁波的不同响应,利用仿真软件CST,设计了一系列基于全介质超材料的波前控制器件,包括电磁波偏转器件和聚焦透镜。通过引入不同的梯度相位差,达到调制折射电... 通过调制电磁波的相位和振幅可以达到控制电磁波的目的,为了实现超材料器件对电磁波的不同响应,利用仿真软件CST,设计了一系列基于全介质超材料的波前控制器件,包括电磁波偏转器件和聚焦透镜。通过引入不同的梯度相位差,达到调制折射电磁波偏转方向的目的,且当器件满足不同的相位分布时,透镜的焦点位置可以被定量调节。这些全介质超材料器件可通过3D打印技术快速制备,具备经济友好的特点,在微波成像系统和通信领域具有广泛的应用前景。 展开更多

关键词 全介质超材料 波前控制 三维结构

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吸波超材料研究进展 被引量：8

8

作者 吕通 张辰威 +3 位作者 刘甲 马向雨 宫元勋 赵宏杰 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期25-35,共11页

吸波超材料由于其独特的电磁特性,在过去十几年内成为吸波功能材料领域的研究热点。本文通过对近些年吸波超材料报道的归纳总结,对吸波超材料的研究进展进行介绍。经过多年来的发展,吸波超材料从最初的单一功能窄频段吸波特性逐渐向宽... 吸波超材料由于其独特的电磁特性,在过去十几年内成为吸波功能材料领域的研究热点。本文通过对近些年吸波超材料报道的归纳总结,对吸波超材料的研究进展进行介绍。经过多年来的发展,吸波超材料从最初的单一功能窄频段吸波特性逐渐向宽频带、宽角度入射、可智能调节等多功能方向发展,而在吸波频段的研究也由微波频段扩展至太赫兹、近红外、可见光等频段。对不同类型的吸波超材料分别进行介绍,对于不同特点吸波超材料的制备、设计方法和工作原理进行总结,最后对吸波超材料的发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 超材料 吸波 智能可调节 介质超材料 电磁特性

原文传递

宽频蜂窝夹层结构吸波复合材料的低频隐身介质超材料研究 被引量：1

9

作者 鹿海军 礼嵩明 +2 位作者 黄浩 吴思保 王甲富 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期188-195,共8页

研究用于宽频蜂窝夹层结构吸波复合材料的介质超材料的低频隐身性能,分析碳纤维介质超材料单元的电磁响应特性及其对蜂窝夹层结构吸波复合材料电性能和力学性能的影响。结果表明:制备的碳纤维介质超材料单元可以实现与金属超材料单元相... 研究用于宽频蜂窝夹层结构吸波复合材料的介质超材料的低频隐身性能,分析碳纤维介质超材料单元的电磁响应特性及其对蜂窝夹层结构吸波复合材料电性能和力学性能的影响。结果表明:制备的碳纤维介质超材料单元可以实现与金属超材料单元相当的电磁响应效果;当吸波蜂窝高度为50 mm、透波面板厚度为1 mm时,碳纤维介质超材料单元的引入,可以使吸波蜂窝夹层结构复合材料低频吸波性能得到显著提升,L波段反射率最弱值提升2 dB以上,平均反射率提升4 dB以上;含碳纤维介质超材料单元透波面板基本力学性能与透波面板复合材料自身力学性能基本相当,引入碳纤维介质超材料单元不会降低透波面板力学性能。 展开更多

关键词 介质超材料 低频 隐身 吸波性能 吸波蜂窝 夹层结构 碳纤维

原文传递

基于介质与铁氧体的通阻捷变磁可调频率选择表面设计研究 被引量：4

10

作者 韩鹏 王军 +5 位作者 王甲富 马华 邵腾强 陈红雅 张介秋 屈绍波 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第19期250-259,共10页

提出了利用介质陶瓷和铁氧体材料构建可调型带通频率选择表面的设计思路.在C波段波导模式下通过仿真设计出高介电常数方形柱状结构,优化后使其产生宽频的负介电常数,基于等效媒质理论对该结构通阻特性进行分析研究,其传输禁带的产生途... 提出了利用介质陶瓷和铁氧体材料构建可调型带通频率选择表面的设计思路.在C波段波导模式下通过仿真设计出高介电常数方形柱状结构,优化后使其产生宽频的负介电常数,基于等效媒质理论对该结构通阻特性进行分析研究,其传输禁带的产生途径在于介质中产生了具有类Drude谐振形式的电单极子.在相同的仿真环境下对铁氧体结构进行设计优化,调节外加偏置磁场,使铁磁谐振在相应的频点发生,产生负磁导率.利用负介电常数与负磁导率的"双负"特性规律,将两种结构进行组合,协同优化,使电磁谐振相互耦合,实现通带特性.C波段波导模式下的分析表明,两种结构在同一个频点电磁谐振耦合,可以实现"双负"通带的传输效果.在由于铁氧体的磁可调特性,通过改变外加偏置磁场,该通带可以在6—8 GHz范围内可调.对电磁场矢量分布状况和等效参数提取结果进行了数值分析研究,确定了电磁耦合的性质和形成机理,充分验证了这种方法的可行性.对该结构材料样品进行加工,并测试验证,最终实验结果与仿真结果基本一致,实现了"双负"通带的可调.该方法拓展了频率选择表面的设计思路,可用于设计多通带、可调谐频率选择表面. 展开更多

关键词 全介质频率选择表面 铁氧体 负磁导率 负介电常数

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基于全介质超材料的电磁感应透明开关实验研究 被引量：2

11

作者 董亮 李泰成 +2 位作者 朱磊 秦月 吴群 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期45-49,55,共6页

设计了一种基于全介质超材料的电磁感应透明开关,该器件是由载有变容二极管的方形金属双开口环谐振器和长方体形全介质谐振器构成。方形金属双开口环谐振器产生偶极子谐振,全介质块产生米氏谐振,这两种谐振之间的近场耦合作用导致了低... 设计了一种基于全介质超材料的电磁感应透明开关,该器件是由载有变容二极管的方形金属双开口环谐振器和长方体形全介质谐振器构成。方形金属双开口环谐振器产生偶极子谐振,全介质块产生米氏谐振,这两种谐振之间的近场耦合作用导致了低损耗的电磁感应透明效应。进一步地,变容二极管的非线性响应使得该器件具有非线性电磁感应透明效应特征,模拟实现了电磁开关功能。本文利用数值仿真和实验测试证明了全介质电磁开关的有效性。结果表明:该器件结构能够模拟实现电磁感应透明效应,并且,当施加在变容二极管两侧的电压从1 V变化到6 V时,在1.59 GHz处实现了约8 dB的传输对比度,模拟实现了电磁开关功能。提出的全介质/金属结构在微波电路、非线性光学和电磁开关等领域具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 全介质超材料 电磁感应透明效应 近场耦合 非线性 电磁开关

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基于群论的晶格扰动介质纳米孔阵列多重Fano共振机理及演变

12

作者 陈颖 李美洁 +1 位作者 赵蒙 王建坤 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期301-309,共9页

基于全介质超构材料独特的电磁属性,提出了一种晶格扰动介质纳米孔阵列超构表面来激发近红外区域的多重Fano共振.结合群论深入探究了该超构表面在其原胞为方形晶格构型与方形晶格对称性被破坏两情况下多重Fano共振的形成机理及演变规律... 基于全介质超构材料独特的电磁属性,提出了一种晶格扰动介质纳米孔阵列超构表面来激发近红外区域的多重Fano共振.结合群论深入探究了该超构表面在其原胞为方形晶格构型与方形晶格对称性被破坏两情况下多重Fano共振的形成机理及演变规律.研究表明,在方形晶格超构表面中,外部辐射连续体分别与由正入射平面波直接激发的双重简并模式共振干涉形成双重Fano共振,且该共振与原胞中是否含孔及孔的形状无关,在晶格扰动超构表面中,原本不耦合的非简并模式由正入射平面波激发出来并与外部辐射连续体干涉形成Q值更高的三重Fano共振.进一步探讨了正入射平面波的xy极化方向对上述五重Fano共振的影响,结果表明,双重简并模式Fano共振偏振无关,三重非简并模式Fano共振偏振依赖.本文将为利用方形晶格构型的超构表面实现多重Fano共振的激发及演变提供有效的理论参考. 展开更多

关键词 全介质超构材料 群论 多重Fano共振 晶格扰动

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一种加载磁电超表面的宽带多频贴片天线 被引量：2

13

作者 林必成 王光明 《微波学报》 CSCD 北大核心 2017年第1期32-35,共4页

利用磁电超表面概念通过在等腰直角三角形天线贴片和接地面上分别蚀刻周期互补开口谐振环和十字缝隙图案并将天线对应的地板位置截取掉一部分分别构建了单元1和单元2,分析了其左手特性和提高高频端增益的工作机理,最终加载单元2制作了... 利用磁电超表面概念通过在等腰直角三角形天线贴片和接地面上分别蚀刻周期互补开口谐振环和十字缝隙图案并将天线对应的地板位置截取掉一部分分别构建了单元1和单元2,分析了其左手特性和提高高频端增益的工作机理,最终加载单元2制作了一款宽带多频贴片天线。仿真结果表明,所提出的天线具有4个带宽并且能够覆盖2.4/5.2/5.8 GHz的蓝牙/RFID/WLAN和2.5/3.5 GHz的Wi MAX频带,这4个频带的带宽分别是0.29GHz(2.33~2.62 GHz),1.01 GHz(3.11~4.12 GHz),0.39 GHz(4.97~5.36 GHz),0.41 GHz(5.74~6.15 GHz)。由于接地板上蚀刻的超材料结构的左手特性影响了天线介质基底的等效媒质参数,天线电磁场的传播方向被改变,在高频端,天线辐射场主要集中在水平方向而不是传统贴片天线的垂直方向。 展开更多

关键词 等腰直角三角形贴片天线 多频 宽带 磁电超表面

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钛酸锶钡基介质材料微波特性及频率选择特性设计

14

作者 韩鹏 余斐 +5 位作者 张介秋 王军 屈绍波 马华 王甲富 师严 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第30期3278-3287,共10页

选用传统的固相烧结法合成Ba_xSr_(1-x)TiO_3陶瓷,其中x为0.2,0.3,0.4,0.45,分别记为BST20*,BST30*,BST40*,BST45*,对上述不同组分的Ba_xSr_(1-x)TiO_3陶瓷进行介电性能的测试分析,最终选择了烧结温度为1420℃且具有高介电常数低损耗Ba_... 选用传统的固相烧结法合成Ba_xSr_(1-x)TiO_3陶瓷,其中x为0.2,0.3,0.4,0.45,分别记为BST20*,BST30*,BST40*,BST45*,对上述不同组分的Ba_xSr_(1-x)TiO_3陶瓷进行介电性能的测试分析,最终选择了烧结温度为1420℃且具有高介电常数低损耗Ba_(0.4)Sr_(0.6)TiO_3陶瓷作为后续的研究对象.为解决纯BST陶瓷的介电常数和介电损耗偏高导致的插损高、性能优化困难等问题,在BST40*的中掺杂钛酸镁(Mg_2TiO_4,MT)和镁钛酸镧(La(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O_3,LMT)改性,得出了掺杂不同组分的Ba_(0.4)Sr_(0.6)TiO_3陶瓷在微波频段下具有介电常数可调(ε=48~108)的特性,同时介电损耗降至1×10^(-3)数量级.选取介电常数为ε=65.87高介低损陶瓷,仿真设计了一款在X波段具有三通带的频率选择表面结构.基于准静态条件下的等效媒质理论和介质谐振理论对等效参数提取结果进行了数值分析,对等效磁导率、等效介电常数和归一化阻抗的关系做了一定的说明,确定电磁谐振是产生通带的主要原因,并对动态场矢量分布情况进行了跟踪分析,进一步确定了谐振模式和通阻特性的形成机理.相关研究为制作高介低损的全介质频率选择表面提供了一种方法. 展开更多

关键词 BaxSr1-xTiO3陶瓷 MT和LMT掺杂 微波介电特性 全介质频率选择表面

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