电磁波在正、负折射率媒质形成斐波那契准晶中的传输特性

利用传输矩阵方法研究了光在由正、负折射率介质构成的FC（N）准晶链排列的多层介质膜中传播时的电磁波透射谱性质。结果表明由于负折射率媒质的存在，电磁波透射谱得到了明显的改善，特别是透射谱的禁带宽度明显加宽。     

电磁波在正负折射率介质界面上的传输特性

为了研究负折射率介质这种新型复合材料的电磁性质，利用麦克斯韦电磁理论对电磁波在正、负折射率介质交界面上的反射和透射特性进行了分析。得到了Snell反射定律和折射定律，反射系数和透射系数随入射角的关系（Fresnel公式）。结果发现Snell反射定律和折射定律仍然适用。但折射线与入射线位于法线的同侧；不论是腰波还是TM波，当以某一入射角入射时，反射系数都有可能变为零。这些结果对于设计新型的电磁学和光学器件具有指导性的意义。     

不同偏振下Fibonacci准周期超晶格的传输特性

利用传输矩阵方法,研究了不同偏振情形下,电磁波在正负折射率媒质构成的Fibonacci准周期超晶格中的传播规律.结果表明:随着入射角的增加,S偏振时的禁带有加宽趋势,但在一定角度时消失;P偏振时的禁带则始终加宽,且出现了全向带隙.还进一步研究了引入缺陷后的偏振特性,并通过将有缺陷的Fibonacci准周期超晶格重叠获得了在某一偏振下全反射而在另一偏振下全透射的良好特性.这将在微波器件和光学器件中有广泛应用.     

艾里涡旋光束通过负折射率介质的传输特性

为了研究Airy涡旋光束通过负折射率介质(NIM)的传输动力学特性, 利用Collins公式推导出了Airy涡旋光束通过NIM的传输动力学方程, 并用该方程研究了Airy涡旋光束在NIM中的光强、涡旋、相位等传输特性。结果表明, 通过调节NIM的参数可实现对Airy涡旋光束主峰位置、涡旋位置、主峰与涡旋的重叠位置和光强的控制。光束在NIM中的特性研究在光学显微操控和光学分选等领域具有潜在价值。     

含色散负折射率缺陷一维Sinc函数型光子晶体的光学传输特性

应用传输矩阵法对含色散负折射率缺陷一维sinc函数型光子晶体的光学传输特性进行了研究。结果表明:含色散负折射率缺陷的sinc函数型光子晶体比含同样缺陷的余弦函数型光子晶体具有更宽阔的光子禁带;该光子晶体的禁带宽度随着介质层折射率nB(0)、nA(0)或半周期厚度的增大迅速收缩变窄,缺陷模消失;当光波入射角增大时,禁带宽度变宽,缺陷模与禁带一起红移;计算还发现该禁带结构对色散负折射率缺陷层的位置变动十分敏感;但是,缺陷层厚度的变化不会改变禁带的位置和宽度,此时缺陷模会随着缺陷层厚度的增大向着禁带中心移动。这些结论对一维函数型光子晶体的设计具有重要参考意义。     

含负折射率平板介质中艾里高斯光束的传输特性

基于光学传输矩阵,结合柯林斯光学衍射公式,研究了艾里高斯光束在无损和有损含负折射率平板介质中传输时,其侧面光强分布图景演化特征。结果表明,当右手材料和双负材料折射率值恰好相反,并且左、右两侧右手单元长度之和等于双负单元长度时,可以实现输出面光强的完美还原;当双负材料折射率绝对值增大时,实现光强还原所需中间双负单元长度也越长,反之,绝对值减小时,长度越短;对于有损介质,电、磁振荡因子越小,输出光波性能越良好。进一步探究了ζ因子和指数截断因子a对这类光波传输特性的影响,其中,ζ因子不会影响艾里高斯光束的固有性质,但ζ越小,自弯曲特性越明显,并且主、旁瓣的径向尺寸都随ζ的减小而成倍减小;a因子可以调控光波的传输轮廓,使其在a<0.2时为艾里光束,而当a逐渐增大到0.7时,光波的外形轮廓已和高斯光束无异。     

负折射率媒质覆盖导体柱散射特性的FDTD分析

利用时域有限差分(FDTD)方法研究了负折射率媒质覆盖二维导体目标的散射特性.从负折射率媒质的本构关系出发,给出了描述负折射率媒质场与流的微分方程组,将其离散得到用于FDTD计算的递推表达式.对TM波季直入射时的仿真结果的分析表明,适当选取媒质参数,负折射率媒质覆盖层可以显著减少雷达目标的电磁回波能量.由于模拟的负折射率媒质是匹配介质,其吸波性能要明显优于等离子体.     

空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用柯林斯公式推导出空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对空心高斯光束传输特性的影响。结果表明,介质梯度折射率对空心高斯光束的传输性质有较大影响。     

负－零－正折射率超常介质平板结构中的透射横向位移特性分析

针对光波在负－零－正折射率超常介质平板结构中的传播,利用稳态相位法研究了光学Dirac点附近的透射横向位移特性。讨论了横向位移随入射角度、频率和平板厚度的变化关系,发现该结构中的横向位移可以达到波长的几十甚至几百倍之多并且在Dirac点附近能够实现正负变化。进一步研究了全反射情形下的横向位移特性和光子隧穿现象,证实了横向位移的Hartman效应。另外,由于材料的特殊线性色散,发现横向位移在靠近临界角时,随着角度增大而减小;而在远离临界角时随着角度增大而增大。研究结果将在集成光学和光学器件方面产生应用可能,也将进一步促进石墨烯量子结构中电子传播的类光学现象研究。     

含负折射率材料的光子晶体异质结构的能带

构造了(AnBm)s型正负折射率材料交替生成的一维异质结构光子晶体.由于传输矩阵法具有方法简单、计算量低和精确度好等优点,本文利用传输矩阵法来研究电磁波在这种结构中的传输特性.由透射谱可以看出,该结构的光子晶体具有宽窄不同的通带,且整个能带结构不敏感于周期数的变化,而敏感于晶格厚度和入射角的改变:随着晶格厚度的减小,禁带逐渐变宽,在原来的通带区逐渐形成多个禁带,通带区震荡的剧烈程度逐渐减弱;随着入射角的增加,在原来的通带区也会逐渐出现多个禁带,其中在低频区逐渐出现的禁带都比较窄,而在高频区则逐渐出现一个很宽的禁带,并且这个禁带随着入射角的增加而变宽,同时透射峰随入射角的增加而逐渐向低频移动.由此可以看出,这种光子晶体可以同时实现窄带滤波和宽带滤波的双重滤波功能.     

左手结构及其在天线微波领域中的应用

左手材料因其具有介电常数和磁导率同时为负值的电磁特性,近年来得到科学界的广泛关注。基于微带线等传输线结构所构成的左手材料与传统右手材料相比传输相移特性亦有不同,因此在天线微波系统中具有很大的应用潜力。文中介绍了这类左手传输结构的基本设计理论和性能特点,并对其在未来天线微波领域中的应用进行了探讨。     

New Electromagnetic Absorbers Composed of Left-handed and Right-handed Materials

New double-layered electromagnetic absorbers are presented in this paper. The new absorbers composed of one lossy left-handed material absorbing layer and one impedance matching layer consisted of lossless right-handed material. It is indicated that the reflection loss of below ?20dB can be obtained in the frequency range 7GHz–13GHz. Power attenuation achieving ?50dB of narrow frequency band electromagnetic absorbers can also be obtained by modulate permittivity of right-handed material. Furthermore, the thickness of the whole absorbing structure is only 2mm, which is particularly helpful in some practical applications. The presented results are of reference significance for accurate design of the new electromagnetic absorbers and of practical prospects for stealth technology.     

含左手材料的四层平面波导TM模的传输特性

在考虑材料色散的条件下,对含左手材料的四层平面波导的TM振荡模进行了分析。首先利用Maxwell方程组得到了两类TM振荡模的色散方程。基于左手材料实验模型,画出了相关的色散曲线。通过对这些色散曲线的分析,得到了该波导中TM振荡模的色散特性。此外,还计算了该波导中TM振荡模的归一化功率流,发现第一类TM基模的群速和它的归一化功率流方向相反;第一类TM振荡模的归一化功率流恒大于零;而第二类TM振荡模的归一化功率流可以大于零、小于零或等于零。正的归一化功率流则说明能量向前传输;负的归一化功率流则说明能量向后传输;而归一化功率流等于零则说明能量被储存在平面波导中,这为设计新型光开关、光传感器件提供了理论基础。     

新型结构左手材料的仿真设计与实现

左手材料通过其特殊的结构阵列来实现负的介电常数和磁导率,将之应用到天线罩、滤波器和天线等方面,可以较好地改善特性。2种新型左手材料结构被提出,分别是史密斯方形环的简化形式和P型结构,其中P型结构又包含基本形式与改进形式。针对这2种模型,利用仿真软件进行了仿真设计,发现这2种形式可以在4～6 GHz频段实现负的介电常数和磁导率,其中P型结构实现效果更好。     

基于CRLH-TL的直线天线阵性能分析与仿真

提出利用左手材料的相位超前特性作为相位补偿器,调整传输线相位分布,并与右手材料相结合构成左右手传输线,用于为直线天线阵馈电,实现不同的天线馈电条件,达到不同的天线辐射特性.分析了无耗级联左右手传输线模型的相位特性,建立了基于左右手传输线的直线天线阵模型,对天线阵方向特性进行了仿真.结果表明,文中设计的天线性能明显优于传统直线天线阵.     

基于左手传输线的宽带巴伦设计

提出了一种基于左手传输线的新型Wilkinson巴伦,该巴伦由一个Wilkinson功分器和两条相位响应相差180°的相移 线构成,它具有结构紧凑和宽频带的特点。采用陶瓷基板薄膜加工工艺,制作了一个工作于C波段的Wilkinson巴伦。最后 测试结果显示：从4GHz到6GHz的频率范围内,输入端反射系数|S11|和输出端隔离|S23|均小于-15dB,两输出端口幅度和相 位不平衡性小于0.3dB和±2°,输出端插入损耗|S21|和|S31|大于-4dB。     

有损耗左手材料模型的时域电磁分析

分析了电磁(EM)场在有损耗左手材料(LHM)模型中能量与损耗因子间的关系,推导了有耗LHM模型的时域有限差分法(FDTD)计算公式,数值模拟了EM场在该有耗LHM材料模型中的传播;对比无耗与有耗LHM模型的EM聚焦特性,分析EM场在不同损耗因子LHM材料中的传播.研究表明,数值结果与理论分析得到较好吻合.     

含石墨烯多层结构左手材料平面波导TM振荡模的传输特性

对含石墨烯多层结构左手材料的介质特性及其构成的平面波导TM振荡模的传输特性进行了研究。该波导的芯层为含石墨烯的多层结构,覆盖层和衬底为不同的普通材料。计算结果表明:随着归一化波导厚度的增加,TM振荡模的有效折射率同时具有增加和减小,且两者最终达到平衡的双模简并特性。上述特性可以通过调节石墨烯外加电压的方法实现;进一步研究发现,波导中传输的归一化功率流具有正值、负值和零三种情况。电压或者频率的变化对正功率流的影响较小,对负功率流和零功率流的影响较大。