由同时具有磁谐振和电谐振结构组成的左手材料

为了在同一结构中同时实现负介电常数和负磁导率(双负),采用一种“巨”字形结构,利用丝网印刷技术在氧化铝基板上进行加工制作,并通过仿真和实验测试证实了这种结构的“双负”特性. 与利用磁谐振器和电谐振器组阵实现左手材料的方法相比,这种单一结构可以同时实现负介电常数和负磁导率,制作方便,等效电路简单,双负频段较宽. 利用丝网印刷技术进行样品的制作,工艺简单,成本低廉. 关键词： 左手材料 磁谐振 电谐振     

开口谐振环阵列在太赫兹波段的谐振特性实验研究

实验制备了单元尺寸在微米量级的开口谐振环周期阵列样品,测试了其在0.1~2 THz频段的散射系数,验证了不同极化方向的垂直入射可产生单独的电谐振或同时产生磁谐振的传输特性,验证了材料电导率对样品的谐振频率的影响。结合仿真计算结果,得到了等效的负介电常数和负磁导率随频率的变化关系,及其电、磁谐振频率与谐振环单元尺寸增大倍数k的关系曲线。实验和仿真均表明,样品的电谐振频率与1/k线性相关,而磁谐振频率与1/k成正比关系。     

基于电流变液的可调谐负磁导率材料

通过把负磁导率材料SRR阵列置于高性能电流变液中,研究了电极加载方式、电流变液浓度、电流变液类型以及电场强度等因素对浸入电流变液中的SRR阵列谐振频率的影响. 实验表明,电极加载方式对SRR阵列的磁响应有重要的影响;在容器盒中充满电流变液之后SRR阵列的谐振频率往低频发生了移动,并且可以通过改变外加电场强度来调节,最大的调节范围为130MHz. 数值计算结果表明SRR阵列的有效磁导率在谐振频率附近为负值,并且有效磁导率为负的频率范围也可以通过改变外加电场强度来调节. 关键词： 负磁导率材料 谐振频率 电流变液     

基于小型化结构的各向同性负磁导率材料与左手材料

提出了一种双面环各向同性结构单元模型, 理论与实验研究了其微波电磁谐振行为. 结果表明: 在电磁波平行入射和垂直入射条件下, 该结构可在同一频段实现磁谐振, 且在谐振频段磁导率为负; 当电磁波以不同角度斜入射时, 其产生负磁导率频段也保持不变, 即该结构的电磁特性不依赖于入射角度, 双面环结构具有各向同性的特点. 将双面环结构与金属线结构组合, 该组合结构具有负折射率. 另外,双面环结构还具有小型化的优点, 在不增加结构单元几何尺寸的情况下, 通过在结构单元中引入金属化过孔的方法, 增加结构单元的电长度, 可使谐振频率大幅度地向低频方向移动, 使其在低频工作时 仍保持小型化的优点. 在双面环结构中引入金属化过孔技术可使谐振单元的几何尺寸减小50%, 在微波器件、滤波器、天线等领域有广阔的应用前景.     

一维负磁导率材料中的缺陷效应

理论和实验已经表明，金属开口谐振环（split ring resonators,简称SRR）可以实现材料的有效磁导率μeff在某一频率范围内为负.采用波导法实验研究了不同几何尺寸的六边形SRR在X波段微波作用下的近邻相互作用.实验发现，相同尺寸的六边形SRR周期性排列而成的一维负磁导率材料存在一个谐振频率；当缺陷谐振环引入一维负磁导率材料时，主谐振频率和缺陷环谐振频率同时发生移动；主谐振频率和缺陷环谐振频率的移动量随缺陷与双环谐振频率之差的增加而减小，当缺陷环谐振频率与双环谐振频率接近时，环间的相互作用增强，频率的移动量增大. 关键词： 负磁导率 缺陷效应 开口谐振环     

基于双环开口谐振环对的平面周期结构左手超材料

通过理论分析和实验仿真,研究了用双环开口谐振环对（double split-ring resonator pairs,DSRRP）实现平面左手超材料的原理,用等效电路理论解释并描述了其负介电常数和负磁导率的产生机理,并对DSRRP在3维左手超材料设计的应用进行了探索性研究.结果表明,DSRRP可以实现小尺寸的平面左手超材料,此外,DSRRP还可以作为用以实现3维左手超材料负磁导率的3维各向异性磁超材料. 关键词： 双环开口谐振环对 平面左手超材料 3维磁超材料     

基于斜三角开口对环的宽带低耗左手材料

本文将磁谐振环-金属线共面结构与磁谐振环相结合, 提出了一种基于斜三角开口对环结构的新型宽频带低耗左手材料结构. 该结构能产生两个磁谐振, 实现两个双负频段. 研究表明, 调节单元尺寸可使两个双负频段移动重合形成一个宽频带. 理论分析、仿真和测试结果均表明, 本文提出的新形结构在9.3—13.2 GHz频段同时具有负的磁导率和负的介电常数, 相对带宽34.7%, 损耗性能系数347.9, 实现了宽带低耗左手材料. 其研究结果对多频段、宽带低耗左手材料的设计具有重要的指导意义.     

基于平行金属条的左手结构设计与仿真研究

基于双平行金属线结构,将金属线宽度增大,变为金属条,同时在金属条结构单元中部引入缺口,使中部变细.由于等离子体效应,该双平行金属条结构在一定频段等效介电常数为负;又由于单元结构中部较细,使得该结构在一定频率会发生强烈的磁谐振.通过模拟仿真研究发现这种结构在X波段可以实现ε和μ同时为负.出现双负（ε<0,μ<0）的频段会随着谐振频率的变化而变化.理论分析表明谐振频率与金属条宽度、缺口高度及中部宽度有关,仿真结果同分析一致. 关键词： 左手材料 磁谐振 负磁导率 平行金属条     

超材料微波磁导率色散行为的电可调控性研究

研究在开口金属谐振环(SRR)结构嵌入一个电容二极管后,通过电压调控二极管的电容使得SRR结构的等效电容值发生改变,能实现对SRR的谐振频率和等效磁导率的调控,从而提出了一种智能的微波磁性超材料结构.采用时域差分有限元法(Finite-Difference Time-Domain)和恢复算法模拟了变容二极管的工作电压变化下,SRR结构谐振频率和磁导率的变化规律.研究结果表明工作电压增大使变容二极管的电容值减小时,将导致SRR结构的谐振频率向低频段移动,其磁导率的共振频率也将向低频移动.最后指出了SRR结构与常规磁性材料(如铁氧体)磁导率色散行为的不同之处. 关键词： 超材料 微波磁导率     

基于介质谐振器原理的左手材料设计

本文通过对高介电常数介质基于介质谐振器理论进行分析,明确了利用高介电常数介质产生负介电常数或负磁导率的途径在于介质中产生具有Lorentz谐振形式的电磁响应的电偶极子或磁偶极子,指出了这种偶极子的产生来源于电磁波在介质中形成的驻波,而左手通带的形成正是由于电偶极子和磁偶极子之间的相互影响,破坏了驻波形成的条件所实现的. 模拟结果表明,通过将尺寸相同,介电常数不同的介质进行组合,使二者电谐振和磁谐振的频率点重合从而实现左手通带,最后利用高介电常数,低损耗的陶瓷进行样品制作并测试,测试结果证实了基于这一原理实 关键词： 全介质左手材料 介质谐振器 磁偶极子 电偶极子     

Meta材料谐振行为的因果性研究

分析了横电磁波作用下开口谐振环双各向异性Meta材料,揭示了虚波数引起Meta材料谐振行为的事实.利用Floquet模将开口谐振环周期性结构的场分布展开,从电磁波传播角度得出了凋落模是引起Meta材料谐振行为的原因.对于来自主平面上的入射波,具有相同极化方式的Floquet透射模将发生谐振,并且电谐振和磁谐振将随着入射角的不同而改变.     

Electric and magnetic dipole couplings in split ring resonator metamaterials

In this paper, the electric and the magnetic dipole couplings between the outer and the inner rings of a single split ring resonator (SRR) are investigated. We numerically demonstrate that the magnetic resonance frequency can be substantially modified by changing the couplings of the electric and magnetic dipoles, and give a theoretical expression of the magnetic resonance frequency. The results in this work are expected to be conducive to a deeper understanding of the SRR and other similar metamaterials, and provide new guidance for complex metamaterials design with a tailored electromagnetic response.     

Identifying magnetic response of split-ring resonators at microwave frequencies

In this study we provide experimental methods to identify the magnetic resonance of split ring resonantors (SRR) at the microwave frequency regime. Transmission measurements were performed on both single SRR unit cell and periodic arrays of SRRs. The magnetic response of the SRR structure was demonstrated by comparing the transmission spectra of SRRs with closed ring resonators (CRR). Effects of the changes in the effective dielectric constant of the SRR medium on the band-gaps of SRR are investigated experimentally. SRRs not only exhibit a magnetic resonance band gap but also a band gap due to the electric resonance. Finally, we present the effect of electric coupling to the magnetic resonance of bianisotropic SRRs by utilizing SRRs with different orientations, and incident electromagnetic wave polarizations.     

Broadband planar left-handed metamaterials using split-ring resonator pairs

In this paper, we showed that split-ring resonator (SRR) pairs can be used as broadband planar left-handed metamaterials (LHMs). Simulations were carried out for one layer of infinite LHM slab using SRR pairs. The results showed that by carefully adjusting dimensions of the SRR pairs, magnetic and electric resonances can be coexistent at some frequency ranges and in the frequency range where there are both negative magnetic and electric responses, there is a broad LH band. Equivalent circuits for the magnetic and electric resonance were offered to give a qualitative and quantitative explanation of the LH behaviors of LHMs using SRR pairs.     

异向介质谐振响应的Floquet模分析

将开口谐振环单元的场分布利用Floquet模展开,从电磁波传播角度揭示了凋落模引起异向介质谐振响应的事实.数值计算了任意平面电磁波照射下异向介质的传输特性.研究表明,对于来自主平面上的垂直或平行极化的入射波,具有相同极化方式的Floquet透射模将发生谐振,并且磁谐振和电谐振将随着入射角的不同而改变.而对于来自其他入射平面的电磁波,两种极化的Floquet透射模将共同发生谐振. 关键词： 开口谐振环 异向介质 Floquet模 谐振     

一种基于旋转调谐的超材料

数值仿真研究了一种可调谐的双开口谐振环(DSRR)超材料.在平行入射的电磁波激励下,这种DSRR单元可以在不同的频段分别表现出磁谐振和电谐振.当外加电场E与DSRR的双开口平行时,DSRR受激励得到的磁谐振和电谐振强度最大.随着DSRR超材料沿外加磁场H方向顺时针旋转,其磁谐振和电谐振频率基本保持不变,但谐振强度均发生显著下降,同时对应透射相位的突变也逐渐降低.提出的超材料调谐方法只需要简单地旋转材料,而不需要改变原有超材料单元的结构或者增加额外的激励场,极大地简化了可调谐超材料的制备及应用,在电磁开关、相位调制等方面具有潜在的应用.同时,这种简单的方法有希望应用于更高频段的超材料调谐,可以有效地拓展太赫兹频段和光频段超材料的实际应用.     

Negative magnetic permeability of split ring resonators in the visible light region

Negative magnetic permeability of split ring resonator (SRR) is theoretically investigated in the visible light region. In our calculations, we considered the delay of the current inside the metal SRR in order to estimate the permeability of the SRR precisely. From the results, the silver SRR array with small capacitance exhibits negative permeability in all the visible range. The dependence of the permeability on the filling factor of the SRR elements is also discussed.     

基于开环振荡器阵列磁振荡效应的全光开关

We demonstrate an all-optical switching of the magnetic resonance properties associated with a metallic Split Ring Resonator（SRR） array. The periodically spaced elements are fabricated on a high-resistivity silicon wafer and probed by using conventional Terahertz （THz） time-domain spectroscopy. We use a continuous-wave laser diode to generate carriers in the gaps of the SRR elements. Using a sufficient power, this opti- cal excitation can create an effective short gap, which would switch the resonant properties of the metamaterial from that of an SRR array to that of a closed ring resonator array and leads to dramatic changes in the THz transmission. In the present experiment, the optically induced switching is associated with the magnetic reso- nance. However, with appropriate changes in the device structure, this approach can be extended to switch a medium with a negative real index of refraction to a medium with a positive real index of refraction. This opens the way to creat a broad new range of active devices.