新型人工电磁材料Fano谐振的理论与实验研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bobby_hong
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在过去的十年里,新型人工电磁材料(metamaterials)因其独特的物理特性得到了广泛的关注,成为物理学和电磁学前沿研究领域之一。自1961年非对称线型的Fano谐振被发现以来,它已经成为描述相互作用的量子体系最重要的性质之一。新型人工电磁材料中的Fano谐振在一定条件下可类比于量子系统的电磁诱导透明现象(electromagnetical ly-induced transparency,EIT)。利用新型人工电磁材料的非对称耦合可以激发Fano谐振,实现从微波到可见光波段的电磁诱导透明,避免了以往电磁诱导透明研究领域的诸多难题及复杂的实验条件。新型人工电磁材料中Fano谐振具有陡峭的色散特性,令其在传感、开关、非线性、慢光、有源器件等方面具有众多的潜在应用。近年来,新型人工电磁材料中的Fano谐振受到了研究者的关注。本文主要的内容是针对新型人工电磁材料的Fano谐振和电磁诱导透明现象开展理论与实验研究,具体工作如下:  (1)本文对新型人工电磁材料的发展、奇特物理特性以及数值研究方法做了简要介绍。  (2)研究了非对称型谐振器的耦合机理,针对结构参量、材料参数以及入射波的极化方向对Fano谐振的影响进行了大量的数值仿真和全面的分析。结果表明:通过降低基底材料损耗和合理地设计新型人工电磁材料结构可以实现高品质因数的新型人工电磁材料选频器件,并且发现利用入射波的偏振化方向可实现Fano谐振的有效调谐。  (3)设计了旋转角分别为0°和180°的非对称开口环型双层新型人工电磁材料,研究了两个Fano谐振的耦合效应,利用磁响应的杂化现象解释了双层新型人工电磁材料的传输谱,理论仿真与实验结果相吻合。研究发现:间隔层厚度决定双Fano谐振之间的耦合强度,进而影响非对称开口环型双层新型人工电磁材料的电磁响应;在一定的条件下旋转角θ=0°的双层结构的透射谱中可保留单层结构结构中的Fano谐振,而两种双层结构的透射谱都可出现边缘陡峭的通带。  (4)理论与实验验证了对称开口环阵列和“U”型阵列两种对称新型人工电磁材料中的Fano谐振和电磁诱导透明现象,研究了局域场增强和谐振的红移与蓝移,理论与实验相吻合。结果表明:垂直入射的电磁波不能激发对称型新型人工电磁材料的Fano谐振,而倾斜入射的电磁波可以有效地激发Fano谐振,实现Fano谐振的开/关效应。
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