一种扩展方形环异向介质结构的设计

为拓宽异向介质结构的带宽和维数,在方形环结构的基础上,提出了一种异向介质的交叉网状结构的设计,并对其介电常数和磁导率的频率特性进行了计算机仿真。研究结果表明,该结构在特定的频段内表现出了明显的负折射特性,与传统的裂环谐振器相比,新结构的结构对称、具有更宽的响应带宽和三维各向异性等特点。     

异向介质材料的非线性研究进展

异向介质材料是由人工设计构造的、具有特异电磁特性的材料。其中同时具有负的介电常数ε及磁导率μ的称为左手材料或双负材料;仅有负的介电常数ε或负的磁导率口的称为单负材料。本文介绍了实现异向介质材料及其非线性特性的方法,重点综述了异向介质材料中SH产生、光孤子传输、波混频效应等方面的研究进展。     

异向介质材料的非线性研究进展

异向介质材料是由人工设计构造的、具有特异电磁特性的材料。其中同时具有负的介电常数ε及磁导率μ的称为左手材料或双负材料;仅有负的介电常数ε或负的磁导率μ的称为单负材料。本文介绍了实现异向介质材料及其非线性特性的方法,重点综述了异向介质材料中SH产生、光孤子传输、波混频效应等方面的研究进展。     

负介电常数材料与负磁导率材料双层结构的透射特性

利用麦克斯韦方程组研究了负介电常数材料和负磁导率材料组成的双层结构的透射特性.电磁波在跨越负介电常数材料层和负磁导率材料层的界面时，由边界条件导致了电磁场的大部分能量局域在界面上，形成特殊的界面模式.研究结果表明，当入射角满足某个特定条件时，这些界面模可以演变为共振隧穿模，导致共振透射的发生.这种输运特性可以实现带通滤波. 关键词： 负介电常数材料 负磁导率材料 单负材料 带通滤波器     

同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料

基于用一种结构同时实现材料介电常数和磁导率为负的思想，提出了H型结构单元左手材料模型.采用矩形波导法测试表明，H型结构单元在微波频率范围出现左手透射峰，并且可以由参数t对左手特性区域进行调控.同时利用相位法、棱镜折射法和散射参量法从实验和理论证明了在左手透射峰区域材料的折射率为负值，介电常数和磁导率亦同时为负.相对由金属开口谐振环与金属线两种结构组合实现的左手材料，H型结构集磁谐振与电谐振于一体，结构简单、制备方便，对微波器件左手材料表现出更多的优越性.     

电磁超材料中负磁导率对负介电常数的影响

为深入了解电磁超材料中物质间相互作用关系,理论分析了金属导体线阵列宏结构嵌入单负磁导率媒质中时其等效介电常数的变化特性。数值计算和电磁仿真方法相结合,讨论了单负磁导率媒质和单负介电常数媒质的相互作用关系,提出了减小其相互作用的解决方法。仿真结果显示:将金属线阵列直接嵌入到单负磁导率媒质中时,电磁超材料传输特性在整个频段内为传输禁带;将金属线裹附一层绝缘材料后,传输禁带变为传输通带,这表明金属线阵列和单负磁导率媒质之间必须加入一种绝缘材料才能合成双负的电磁超材料。     

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.     

一维掺杂光子晶体嵌入负介电常数材料和负磁导率材料的性质

对一维掺杂光子晶体嵌入负介电常数材料和负磁导率材料中缺陷模的透射性质进行了研究.利用转移矩阵方法,分别计算了负介电常数材料和负磁导率材料的反射相位谱和一维掺杂光子晶体的透射相位谱.研究发现,在特定条件下,负介电常数材料和负磁导率材料的反射相位以及一维掺杂光子晶体的往返透射相位之和是0或者2π的整数倍.这样的研究结果表明,在满足一定的条件下,一维掺杂的光子晶体嵌入负介电常数材料和负磁导率材料中后,无论杂质的厚度多大,在光子带隙中仅出现一个缺陷模.而且,由于负介电常数材料和负磁导率材料性质的限制,单个缺陷模的品质因子会大大提高.     

一维掺杂光子晶体嵌入负介电常数材料和负磁导率材料的性质(英文)

对一维掺杂光子晶体嵌入负介电常数材料和负磁导率材料中缺陷模的透射性质进行了研究.利用转移矩阵方法,分别计算了负介电常数材料和负磁导率材料的反射相位谱和一维掺杂光子晶体的透射相位谱.研究发现,在特定条件下,负介电常数材料和负磁导率材料的反射相位以及一维掺杂光子晶体的往返透射相位之和是0或者2π的整数倍.这样的研究结果表明,在满足一定的条件下,一维掺杂的光子晶体嵌入负介电常数材料和负磁导率材料中后,无论杂质的厚度多大,在光子带隙中仅出现一个缺陷模.而且,由于负介电常数材料和负磁导率材料性质的限制,单个缺陷模的品质因子会大大提高.     

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     

Origin of Negative Imaginary Part of Effective Permittivity of Passive Materials

The anti-resonant phenomenon of effective electromagnetic parameters of metamaterials has aroused controversy due to negative imaginary permittivity or permeability. It is experimentally found that the negative imaginary permittivity can occur for the natural passive materials near the Fabry-Perot resonances. We reveal the nature of negative imaginary permittivity, which is correlated with the magnetoelectric coupling. The anti-resonance of permittivity is a non-inherent feature for passive materials, while it can be inherent for devices or metamaterials.Our finding validates that the negative imaginary part of effective permittivity does not contradict the second law of thermodynamics for metamaterials owing to the magnetoelectric coupling.     

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     

各向异性超常材料的偏振分离特性

提出了一种利用含有负介电常量和磁导率张量的各向异性超常材料实现偏振分离的方法。通过分析电磁波在无损耗各向异性超常材料中的传输性质以及透射率与入射角度的关系,分类比较了由不同符号的介电常量和磁导率张量组合而成具有不同波矢面的各向异性超常材料的偏振分离特性,比较结果表明波矢面为单叶双曲面和椭球双叶双曲面的各向异性超常材料的偏振分离特性强。前者可以实现入射波中的s分量和p分量中某一分量正折射,另一分量负折射,且在一定条件下可以同时全透射,从而实现大角度偏振分离。后者在一定条件下可实现入射波中的s分量和p分量某一分量全反射,另一分量全透射,从而实现偏振分离。最后,对从各向同性介质入射到这两种各向异性超常材料中的高斯光波的传输进行了模拟计算,结果表明这两种各向异性超常材料可以实现很好的偏振分离功能,有潜力成为新型的偏振分离元件。     

Transmission properties of electromagnetic metamaterials: From split-ring resonator to fishnet structure

We experimentally presented the electromagnetic behavior of transformative magnetic metamaterials: from the early invented split-ring resonator to its improvement, the cut-wire pair, for providing a negative magnetic permeability. By adding the continuous wire to cut-wire pair structure, the left-handed (LH) transmission made by doubly negative permittivity and permeability was demonstrated in combined structure. Interestingly, until the width of cut-wire pair increases to be physically merged with the adjacent continuous wire, in other words, to form the so-called fishnet structure, the LH behavior is still observed. This result indicates that in a broad sense, the essence of the electromagnetic response in the fishnet structure is similar to that in a combined structure. Our experimental results show a good agreement with previous theoretical study.     

磁电耦合超材料本构矩阵获取方法的研究

单负(仅介电常数或仅磁导率小于零)超材料以及由导线-开口谐振环组成的双负超材料本构参数的提取通常采用传统的S参数方法. 由于磁电耦合超材料存在交叉极化现象, 仅用介电常数和磁导率两个本构参数无法准确描述其电磁特性. 传统的S参数提取方法一开始就假定超材料仅具有介电常数和磁导率两个本构参数, 所以采用该方法提取磁电耦合超材料本构参数存在明显局限性. 将磁电耦合超材料中的电元件和磁元件分别等效为面电流和面磁流, 通过推导平均电通密度和磁通密度与外加电磁场的相互关系, 从理论上获取了磁电耦合超材料2×2 的本构参数矩阵, 确定了磁电耦合超材料这四个本构参数与磁元件的磁导率、电元件的介电常数、空间色散项和耦合系数之间的关系解析公式, 进而获得了折射率理论计算公式. 利用该折射率公式对折射率提取值进行了非线性拟合, 发现提取值和理论值之间的误差很小, 这个结果很好地验证了所给出的本构矩阵解析式和折射率公式的正确性. 根据拟合结果, 获得了磁电耦合超材料本构矩阵中四个电磁参数的频率响应曲线. 所提出的磁电耦合超材料本构矩阵参数获取方法将为研究磁电超材料中电元件和磁元件的耦合现象提供重要的理论参考.     

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     

基于传输线的特异材料

特异材料（metamaterials）是指自然界中不存在的具有奇异电磁特性的人工结构，通常指的是介电常数和磁导率同时为负值的左手材料（left-handed materials）。自从2002年利用传输线制备左手材料的思想被提出后，人们对基于传输线的特异材料进行了大量的研究。文章着重概述了近年来人们所提出的几种典型的传输线特异材料的结构、制备方法、实现左手性的原理以及各自的特点。     

Wave propagation in double-period quasi-regular one-dimensional photonic crystals composed of single-negative metamaterials

In this paper, we theoretically study the propagation of electromagnetic waves in one-dimensional double-period quasi-regular structures consisting of negative-permittivity and negative-permeability metamaterials. A Drude-type dispersive response for both permittivity and permeability of single-negative metamaterials is considered. From the numerical results performed by transfer matrix method and effective medium theory, it is found that double-period photonic crystals can exhibit an omnidirectional gap at given microwave frequency. Such an omnidirectional gap is insensitive to incident angle and polarization, and is invariant upon the change of scale length. It is also found that this gap exists in all double-period sequences, and it is independent of structure sequence. Moreover, electromagnetic field distributions in this structures show that the fields are localized at each interface of two media. These results can lead to further applications of quasi-regular structures.