二维负磁导率材料中的缺陷效应

研究了以金属铜六边形开口谐振环为基元的二维负磁导率材料的缺陷效应.利用电路板刻蚀 技术制备了二维负磁导率材料样品.采用波导法测量了点缺陷和线缺陷对二维负磁导率材料X 波段(8—12GHz)微波透射行为的影响.实验发现，无缺陷的二维负磁导率材料样品存在一个 谐振频率，在稍大于该谐振频率的极窄区域内表现为负磁导率.点缺陷和线缺陷SRR的引入导 致材料主谐振峰的强度下降、谐振频率发生移动，品质因数Q显著下降.缺陷的存在破坏 了材料的周期性结构，从而引起其谐振峰的谐振强度和谐振频率发生变化.缺陷效应的研究 不 关键词： 负磁导率 缺陷效应 开口谐振环     

非对称开口六边形谐振单环的微波透射特性

受自然界树型结构的启发，设计了分叉树型微结构单元，用电路板刻蚀技术制作了非对称开口六边形谐振单环及其组合结构.采用计算机模拟和实验研究了单个和多个谐振环在微波段(7—12 GHz)的电磁响应行为.研究结果表明：该结构具有负磁导率特性，开口谐振环几何尺寸影响环的磁谐振频率；两环环间距较小时出现二次谐振；带高级分支的辐射状环列相对于不带分支环列透射峰向低频移动.实验和模拟结果相符. 关键词： 负磁导率 开口谐振环 透射率     

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     

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     

基于三角谐振环的新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料性质研究

通过实验及仿真研究了三角谐振环组合新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角开口谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环（CSRRs）结果对比发现三角开口谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率,并且多层单元仿真发现多个谐振环耦合能提高谐振频率并加宽谐振频段;设计、制作并实验和仿真研究了三角开口环为基本单元的六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,仿真结果在98GHz附近出现良好负折射效应,实验验证在93—108 GHz出现良好负折射效应,与仿真结果具有良好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 三角环组成的六边形谐振环 负折射     

基于铁氧体基板的开口谐振环的可调微波左手特性研究

利用铁氧体的外场调制特性，提出采用铁氧体作为金属环线结构的介质基板，实现频率可调左手材料. 首先采用时域差分有限元方法数值模拟了基板材料参数变化的条件下，开口谐振环的频率可调性规律. 随基板材料的介电常数或磁导率升高，与开口谐振环负磁导率对应的透射谷频率将显著降低. 实验制备了一系列超高频软磁六角铁氧体，利用外加磁场有效调制了其磁导率. 并通过实验表明，通过调控外加磁场可以有效地调控开口谐振环负磁导率对应的透射谷频率. 关键词： 左手材料 开口谐振环 铁氧体 可调     

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     

垂直入射条件下金属环的谐振特性

本文研究垂直入射条件下水平极化和垂直极化时金属开口谐振环(split ring resonator, SRR)的电磁响应行为. 通过分析这两种情况下的透射系数、介电常数和磁导率, 发现垂直极化时, SRR可以产生电谐振实现负介电常数, 其频段远高于磁谐振频段; 水平极化时, SRR只能产生磁谐振实现负磁导率, 其频段与水平入射时的SRR的磁谐振频段相对应. 通过仿真对此进行了证明, 并对产生电谐振和磁谐振的原因进行了分析.     

非均匀缺陷环对微波左手材料的影响

以金属铜六边形开口谐振环(SRRs)与金属铜线的组合为结构单元，研究了三维左手材料中的 缺陷效应. 利用电路板刻蚀技术制备了左手材料样品，采用波导法测量了SRRs构成的点缺陷 和线缺陷对左手材料X波段（8—12 GHz）微波透射行为的影响. 实验结果表明，引入不同尺 寸SRRs构成的点缺陷，材料谐振峰强度下降，最多达6 dB，相当于原来的186%，谐振频率 移动，通频带宽在630—720 MHz范围变化；引入不同尺寸SRRs构成三种取向的线缺陷时，材 料谐振峰强度下降，最多达11 dB，相当于原来的34 关键词： 左手材料 缺陷效应     

谐振频率可调的环状开口谐振器结构及其效应

理论和实验研究表明，开口谐振环(SRRs)中可以激励磁谐振从而实现负磁导率.通过在SRRs结构中引入与其开口边平行的金属短杆设计并制备了新的磁谐振单元，采用波导法系统研究了短杆对SRRs和左手材料的微波透射特性以及左手效应的影响.实验和数值模拟表明：金属短杆和SRRs开口边形成附加电容，导致SRRs开口电容增大从而引起谐振频率降低.随短杆长度l和短杆与SRRs间距d的增大，SRRs谐振频率也随之减小和增加.短杆的加入不影响SRRs的负磁导率特性，改变短杆与SRRs间距d< 关键词： 开口谐振环 金属短杆 调控 左手材料     

Saturation of the magnetic response of split-ring resonators at optical frequencies

We investigate numerically the limits of the resonant magnetic response with a negative effective permeability mu(eff) for single-ring multicut split-ring resonator (SRR) designs up to optical frequencies. We find the breakdown of linear scaling due to the free electron kinetic energy for frequencies above approximately 100 THz. Above the linear scaling regime, the resonance frequency saturates, while the amplitude of the resonant permeability decreases, ultimately ceasing to reach negative value. The highest resonance frequency at which mu(eff) < 0 increases with the number of cuts in the SRR. A LC circuit model provides explanation of the numerical data.     

Investigation of negative index properties of planar metamaterials based on split-ring pairs

A low losses broadband planar negative refractive index metamaterial based on split-ring resonator (SRR) pairs is proposed and investigated experimentally and numerically at microwave frequency range. The transmission spectra of the single-layer SRR pairs were measured, and exhibited left-handed (LH) transmission passband clearly. The metal-dielectric-metal structure exhibits strong magnetic and electric responses simultaneously, and leads to negative permeability and negative permittivity. To further verify the LH properties of planer structure metamaterials, effect media parameters were retrieved, a refraction phenomenon based on a wedge-shaped model and negative phase advance between consecutive numbers of layers were also demonstrated.     

Nonunity permeability in metamaterial-based GaInAsP/InP multimode interferometers

We demonstrated an InP-based optical multimode interferometer (MMI) combined with metamaterials consisting of minute split-ring resonators (SRRs) arrayed on the MMI. The MMI could operate at an optical fiber communication wavelength of 1.5 μm. Magnetic resonance occurred between the SRR metamaterial and light at 1.5 μm, and the relative permeability of the metamaterial increased to 2.4 around this wavelength. This result shows that it is possible to use new materials with nonunity permeability to construct semiconductor-based photonic devices.     

Near field imaging in microwave regime using double layer split-ring resonator based metamaterial

A planar metamaterial structure consisting of two layers of split-ring resonator (SRR) arrays is demonstrated to form the image of a point source with subwavelength resolution. The source frequency is swept through the resonance gap of the metamaterial layers and the lateral field intensity distribution is recorded on the transmission side of the metamaterial. When the source is tuned to the resonance frequency of SRRs, the metamaterial acts as a high permeability medium and a distinct image with subwavelength resolution in the lateral direction is obtained. Increasing the distance between the individual SRR layers reduces the interlayer coupling, and the intensity and spatial resolution of the image decrease rapidly.