基于超常材料新型谐振腔的研究

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超常材料由于具有奇异的电磁特性从而引起了人们越来越大的研究兴趣。自从2000年世界上第一块微波段超常材料被制作出来,短短十多年时间,超常材料的研究就风靡全球,现已形成了四大研究领域:超常材料存在性的论证、超常材料电磁特性分析、超常材料构造技术研究和超常材料的应用研究等。本文在总结前人有关超常材料研究成果的基础上,提出将超常材料应用到Fabry-Perot谐振腔的设计中调控和改善现有常规谐振腔的性能。超常材料是由空间上周期性排列的谐振单元组成,而单元结构表面产生的等离子体谐振将会产生负的介电常数和负的磁导率。这种“双负”的超常材料便具有了普通材料所不具有的超常特性,如左手特性、后向波特性、负折射特性、逆多普勒效应以及逆切伦科夫辐射效应等。更为重要的是,人类可根据实际应用需求,通过超常材料的单元结构调控超常材料的电磁特性。本文利用超常材料上述电磁特性的可调控性调控和改善Fabry-Perot谐振腔的性能,在谐振腔的设计和开发等方面具有广阔的应用前景。本文主要完成了如下三个方面的工作:一、设计了三种光波段的负折射超常材料。通过CST软件仿真分析了谐振单元参数、谐振单元层的厚度以及谐振单元间距对超常材料性能的影响。结果表明,随着谐振单元尺寸呈比例增加,谐振频率近似发生单调平移;通过调节谐振单元参数,可以调节谐振频率以及响应带宽。二、设计了Fabry-Perot谐振腔。通过CST软件下的建模仿真,分析了电磁耦合孔尺寸,反射面大小对Fabry-Perot谐振腔性能的影响。结果表明,电磁耦合孔尺寸只会影响谐振的强弱而反射面的大小决定了是否产生谐振并影响本征模式。三、设计了基于超常材料的新型Fabry-Perot谐振腔。通过在CST软件下的建模仿真,分析了超常材料对Fabry-Perot谐振腔的横、纵模模式的影响。结果表明,通过负折射超常材料可以调节“超常Fabry-Perot谐振腔”的横、纵模模式。更重要的是,“超常Fabry-Perot谐振腔”突破了最小半波长腔长的限制,实现了更小的尺寸。
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