可见光波段超材料的平面聚焦效应

基于超材料双鱼网结构物理模型,设计了树枝状结构+树枝状结构、树枝状结构+银膜和树枝状结构+氧化铟锡玻璃三种可见光波段超材料复合结构.采用双模板辅助化学电沉积方法,制备出金属银树枝状结构阵列和银膜,分别实现了这三种复合结构.透射和反射实验表明,三种复合结构具有类似的行为.比较发现,树枝状结构+氧化铟锡玻璃复合结构具有损耗低和平面聚焦效应明显的优点.通过调节实验条件,分别制备出能够实现平面聚焦的红绿蓝三种可见光波段超材料. 关键词： 超材料 银树枝状结构 可见光 平面聚焦     

基于超材料的微波双波段吸收器

基于闭合双环单元结构, 设计、仿真、测试了对偏振无依赖性的双波段超材料吸收器. 实验结果表明, 该设计在频率4.06 GHz和6.66 GHz存在两个显著吸收峰, 吸收率分别为99.60%和95.83%, 并且在入射角达到50°时, 吸收率仍然保持在83%以上. 由于单元结构具有旋转对称性, 使得该吸收器对偏振不敏感, 能同时实现横电波和横磁波的双波段吸收. 吸收频率决定于闭合环大小, 调节闭合环尺寸能够灵活实现特定频率的吸收. 这些优点使我们的设计在多频谱成像、热辐射探测等应用中表现出较大的潜力.     

光波段多频负折射率超材料

从光波段圆孔形双鱼网结构的负折射材料模型出发,采用基于有限积分技术的CST软件系统研究了原胞结构的改变对负折射行为的影响.数值仿真结果表明,对原胞结构做微小调节也可获得负折射率频带的增大效应.将双鱼网结构改为阶梯形孔洞和半球形孔洞结构,可以在更多的频段里出现负折射率,并且谐振频率发生了一定的红移.半球形孔洞的双鱼网结构可以方便地用化学模板法制备,这为从实验上实现红外及可见光波段的多频负折射材料提供了一种简单可行的方法. 关键词： 负折射率 多频段 双鱼网结构     

用于可见光和紫外光的超颖材料超透镜

一种新设计的超颖材料透镜能让其工作频率放大到几乎与紫外光频率相同。美国密歇根理工大学Muhammad I．Aslam和Durdu Guney现在所从事的工作是延续他们以前的研究,     

基于超材料的椭圆形电磁波聚焦器设计

基于变换光学方法,导出了椭圆形电磁聚焦器的介电常量和磁导率的分布,并用有限元分析软件COMSOL进行了证实.仿真了椭圆形电磁聚焦器聚焦区域面积大小和电磁参量偏离理论值对其聚焦特性的影响,结果表明:聚焦区域越小,电磁聚焦越强;超材料损耗小于或等于0.01不影响聚焦特性;当椭圆形变化为圆形时,其聚焦特性与Rahm等人获得的圆形聚焦器的结果一致,证明了本文建立电磁模型的有效性.     

基于液晶的U波段电控移相超材料

基于液晶材料(LC)的双折射特性提出了一种基于液晶材料的短十字型阵列电控超材料,超材料包括了上层石英板,金属结构阵,中间液晶介质层,金属地板以及下层石英板。相比于传统的阵列天线设计,运用了新的相位补偿方法,即通过加电改变反射阵列单元的介质基板液晶的介电常数得到的相位曲线实现0~250°的相位补偿,使得超材料实现在U波段的相位变化。仿真结果表明,通过将偏压从0增加到14 V,超材料在52 GHz时呈现250°的相移。此外,此超材料的谐振频率可从53.6 GHz连续可逆地转移到49.9 GHz。通过调节超材料液晶激励区域的介电常数即改变阵列单元的谐振特性,实现了相位补偿,为平面反射阵列天线的设计提供了一种新思路。     

具备多模式可切换功能的超材料结构

提出了一种新型的多功能超材料滤波器/屏蔽器,其具有双频段极化独立控制、多模式可切换等特点。与传统器件不同的是,所提出的设计能够独立控制横电（TE）或横磁（TM）极化波在不同频段的透射和反射,并且通过设置不同的二极管偏置电压,可以实现4种不同的工作模式。该结构基于等效电路模型,采用多层滤波结构设计,通过在顶层和底层加载PIN二极管实现TE和TM极化波在低频段和高频段的独立控制。在传输模式下,TE和TM波分别在3.6 GHz和4.6 GHz附近得以传输;在屏蔽模式下,该结构可以有效地阻挡入射极化波。每种模式都有非常稳定的工作状态,不会受到其他工作模式的影响。此外,该设计在0°～45°入射范围内具有良好的角度稳定性。这种多模式超材料结构可以应用于天线罩等领域,天线传输信号时能满足对特定极化信号的需求,待机时可以屏蔽信号以减少干扰。     

人工智能超材料

人工智能的发展已经给人类社会的发展带来了极大变革,各种基于人工智能的新应用层出不穷.电磁和光学超材料对电磁波有强大的调控能力,且具有灵活的设计特性,尤其是可编程超材料的实时数字化调控能力,有利于基于人工智能技术的电磁超材料的设计和智能化应用.对超材料的智能化设计、智能化结构和智能化系统进行了阐述,对于人工智能技术与电磁...     

基于超材料的定向传热结构研究与设计

在热斗篷研究的基础上, 提出定向传热结构的研究. 基于变换热力学, 采用坐标斜变换推导了定向传热结构热导率分布的表达式. 数值计算结果表明, 外部热流流经定向传热区域时, 热流向设计的高温面流动, 而设计的低温面温度较低. 此外, 在导出的热导率分布表达式的基础上, 进一步进行坐标旋转变换, 得到的热导率表达式只有相互垂直的两个分量. 计算结果表明, 沿高温面法向的热导率增大时, 传热效率提高, 而且经过坐标旋转变换后, 高温面与低温面的温差增大. 定向传热在红外隐身、热防护领域具有潜在的应用价值.     

基于超材料结构的小型化可调滤波器

为了提高频谱资源的利用率,解决传统滤波器组体积大的问题,利用开口环结构的超材料具有高集成度的特性,设计了一款整体尺寸仅为15mm×20mm的滤波器.基于时域有限积分法分析了开口环结构滤波器的反射系数曲线与电磁参数之间的响应特性,通过在开口环缝隙处加载可调谐的二极管器件,实现了超材料滤波器在X波段(10.9~12GHz)的连续可调,扩展了滤波器的工作频带.该可调谐超材料滤波器的工作带宽达11.0%,通带内回波损耗最小值为32dB,插入损耗最大值为0.38dB,具有高集成度、宽频带、通带内选频特性良好的特点.     

Ultrabroadband strong light absorption based on thin multilayered metamaterials

Light absorbers have drawn intensive attention as crucial components for solar‐energy harvesting, thermal emission tailoring, modulators, etc. However, achievement of light absorbers with wide bandwidth remains a challenge thus far. Here, a thin, unprecedentedly ultrabroadband strong light absorber is proposed and experimentally demonstrated, which consists of periodic taper arrays constructed by an alumina–chrome multilayered metamaterial (MM) on a gold substrate. This MM can change from a hyperbolic material to an anisotropic dielectric material at different frequency ranges and the special material features are the fundamental origins of the ultrabroadband absorption. The absorber is quite insensitive to the incident angle, and can be insensitive to the polarization. One two‐dimensional periodic array of 400‐nm height MM tapers is fabricated. The measured absorption is over 90% over almost the entire solar spectrum, reaching an average level of 96%, and remains high (above 85%) even in the longer‐wavelength range till 4 μm. The proposed absorbers open up a new avenue to realize broadband thin light‐harvesting structures.     

复合结构螺旋超材料对光波前的高效调控

近年来,超材料和超表面因为一些不同于传统材料的新奇性质一直被广泛研究,而基于超材料或者是超表面的波前控制也是其中的一个热门研究领域.迄今为止,已经提出了很多不同的结构来对反射光和透射光的波前进行调控,在已知的结构中,反射光的波前调控效率已经可以达到较高数值,但是很少有报道能够使用超材料简单高效地调制透射光的波前.本文提出了一种由相同几何结构的左旋和右旋结构复合而成的螺旋超材料.通过使用时域有限差分方法进行仿真,发现这种螺旋结构将会在入射光和透射光之间引入一个可控的相位变化,从而可直接对透射光波前进行调控.仿真结果还表明,该复合结构螺旋超材料在较宽的波长范围内可以达到近64%的透射率.最后通过将该螺旋材料沿着X轴排布成有着连续相位变化的阵列,可以在近红外区域(1.0—1.4μm)观察到反常折射现象,仿真结果与理论计算得出的反常折射角十分符合.     

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.     

Spin Hall effect of a light beam in anisotropic metamaterials

<正>We theoretically investigate a switchable spin Hall effect of light(SHEL) in reflection for three specific dispersion relations at an air-anisotropic metamaterial interface.The displacements of horizontal and vertical polarization components vary with the incident angle at different dispersion relations.The transverse displacements can be obtained with the relevant metamaterial whose refractive index can be arbitrarily tailed.The results of the SHEL in the metarnaterial provide a new way for manipulating the transverse displacements of a specific polarization component.     

超宽带异向介质平面倒F天线

将异向介质地板引入平面倒F天线（PIFA）的设计中,探索了这种天线的新型辐射特性.修正的PIFA传输线模型中,利用异向介质的谐振电路取代了传统辐射贴片不连续性而引起的电容效应,从物理上有效地解释了这种PIFA辐射性能的提高.数值和实测数据表明,该PIFA天线-10 dB相对带宽超过了100%,谐振频率包含无线局域网络各通信标准及城域网2—6 GHz固定和移动宽带无线接入系统的所有载波频段.在2.4/2.5 GHz时,该天线将得到全向的辐射方向图,而在3.8 GHz和5.1—5.8 GHz频带内,该天线更集 关键词： 异向介质 传输线模型 平面倒F天线 超宽带     

多站观测空间目标可见光散射特性及相关性分析

鉴于空间目标的光散射特性对目标的探测、跟踪与识别等空间突防技术具有十分重要的应用价值,利用双向反射分布函数(BRDF)将光辐射的入射照度和目标的散射亮度联系起来,结合目标的几何建模与轨道理论,计算出某时刻在东北3站观测风云卫星可见光散射亮度变化情况, 其峰值随时间依次达到或接近于75×10-3 W/cm2·sr,而新疆阿勒泰散射亮度在东北3站达到峰值时只有375×10-3 W/cm2·sr,得出东北3站点卫星光散射亮度趋势相似,只是由于纬度差异使变化趋势在时间上有所延迟,而在与之经度有很大差别的新疆地区的阿勒泰站点的亮度变化趋势则有很大不同。该方法已经在获取空间目标更多信息选择多站观测中取得应用。     

多站观测空间目标可见光散射特性及相关性分析

鉴于空间目标的光散射特性对目标的探测、跟踪与识别等空间突防技术具有十分重要的应用价值,利用双向反射分布函数（BRDF）将光辐射的入射照度和目标的散射亮度联系起来,结合目标的几何建模与轨道理论,计算出某时刻在东北3站观测风云卫星可见光散射亮度变化情况, 其峰值随时间依次达到或接近于7.510-3 W/cm2sr,而新疆阿勒泰散射亮度在东北3站达到峰值时只有3.7510-3 W/cm2sr,得出东北3站点卫星光散射亮度趋势相似,只是由于纬度差异使变化趋势在时间上有所延迟,而在与之经度有很大差别的新疆地区的阿勒泰站点的亮度变化趋势则有很大不同。该方法已经在获取空间目标更多信息选择多站观测中取得应用。     

Negative refraction based on purely imaginary metamaterials

By introducing a new mechanism based on purely imaginary metamaterials (PIMs), we reveal that bidirectional negative refraction and planar focusing can be obtained using a pair of PIM slabs, overcoming the unidirectional limit in parity-time (PT)-symmetric systems. Compared with PT-symmetric systems, which require two different types of materials, the proposed negative refraction can be realized using two identical media. In addition, asymmetric excitation with bidirectional total transmission is observed in our PIM system. Therefore, a new way to realize negative refraction with properties that are unavailable in PT-symmetric systems is presented.