掺杂硅片与电磁超材料间的Casimir平衡恢复力EI北大核心CSCD

为探讨掺杂硅片与电磁超材料间的Casimir平衡恢复力的大小与相关材料参数间的变化关系,基于Lifshitz理论,采用格林函数得到麦克斯韦应力张量及单位面积Casimir力计算表达式,分析了掺杂硅片与电磁超材料板间的Casimir作用力.结果表明,掺杂硅片与电磁超材料板间Casimir作用力的大小和方向随着掺杂程度、材料厚度和填充比例因子的变化而改变,并能调控Casimir效应;且随着板间距的变化表现出平衡恢复力.     

MNZ超材料的电磁特性

主要围绕磁导率接近0的MNZ超材料,通过理论分析和数值模拟方法对MNZ材料的电磁特性进行了研究。针对线源置于二维MNZ材料内部的情况,通过理论详细分析了在MNZ材料和空气交界处的阻抗匹配特性和传播常数的连续性,基于有限元数值方法模拟验证了电磁场在MNZ材料边界处的等幅同相特性,从而实现了均匀平面波的传播特性。同时,考虑到将线源置于空气中有助于辐射出电磁能量,通过数值模拟分析了电磁波由空气入射到MNZ材料的电磁特性,发现在特定极化条件下,只能当电磁波波前与MNZ材料边界平行时,才能较好地实现阻抗匹配,从而基于MNZ材料实现新颖的辐射特性。     

TE波辐射下超材料椭圆柱电磁斗篷特性分析

利用有限元方法分析了TE波辐射下,超材料椭圆柱斗篷的电磁特性。研究发现：当超材料的介电常数、磁导率和电导率偏离理论值0.5%时,斗篷外的电场发生了明显变化;当材料的介电常数、磁导率和电导率为理论值时,不论在斗篷内放置什么特性的材料,也不论斗篷内壁上的边界条件如何,超材料椭圆柱斗篷都具有隐形作用。     

TE波辐射下超材料椭圆柱电磁斗篷特性分析

 利用有限元方法分析了TE波辐射下,超材料椭圆柱斗篷的电磁特性。研究发现：当超材料的介电常数、磁导率和电导率偏离理论值0.5%时,斗篷外的电场发生了明显变化;当材料的介电常数、磁导率和电导率为理论值时,不论在斗篷内放置什么特性的材料,也不论斗篷内壁上的边界条件如何,超材料椭圆柱斗篷都具有隐形作用。     

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...     

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。     

基于全介质超材料的高Q电磁诱导透明现象研究

高透射、低损耗、高品质因子的电磁诱导透明现象是超材料领域重要的研究方向之一.设计了一种全介质十字空腔结构超材料,十字空腔由两个相互垂直的硅空腔组成.当十字空腔超材料完全对称时,没有电磁诱导透明现象产生.通过在特定方向上打破结构的对称性,引入了暗模式,并出现了显著的电磁诱导透明现象.在透射峰中可以同时实现93％的透射率和...     

基于电磁超材料的微波无线能量传输与收集关键技术(特邀)

无线能量传输与收集技术有望为5G通信、万物互联等重要领域提供革命性技术变革。近距离耦合式传能已逐渐商业化,但面向远距离应用的微波无线传能的实用化进程还存在诸多技术瓶颈,例如有限的收发天线口径与传输效率的矛盾等。电磁超材料的发展为解决上述问题带来了新的突破口。本文将围绕两者的结合,系统地阐述电磁超材料在微波无线能量传输与无线能量收集中的关键技术。结果表明,基于电磁超材料的近场聚焦技术能显著提升无线能量传输效率。此外,还介绍了光透明超表面以及可重构超表面用于提升无线传能性能与实用性的研究进展;基于亚波长超材料单元的周期性紧密排布,可以设计具备宽角入射特性、极化不敏感特性的无线能量收集器,从而以更高的收集效率取代传统天线结构进行能量接收。与整流二极管共面集成提出整流超表面的新概念,可以简化无线能量收集器系统的整体结构,减小尺寸并提高效率。最后,对无线传能的未来发展进行讨论,指出现场可编程、智能超材料技术将在未来携能通信系统中起到非常重要的作用。     

基于石墨烯振幅可调的宽带类电磁诱导透明超材料设计

基于石墨烯的电控特性提出了一种由金属线谐振器和"H"型谐振器组成的宽带可调的类电磁诱导透明(类EIT)超材料结构.首先,利用CST Microwave Studio软件对该超材料结构的透射特性进行了仿真.该结构在1.05—1.46 THz内的透射窗由金属线谐振器的等离子谐振和"H"型谐振器的电感-电容谐振干涉相消引起,且暗模式谐振器的数量增多导致了透射窗带宽的增加.其次,仿真模拟了该结构在不同石墨烯费米能级下的透射特性.当石墨烯费米能级由0 eV逐渐增加到1.5 eV时,该结构透射窗在1.05—1.46 THz内的平均透射振幅由87%逐渐减少到25%,实现了宽带可调.同时,通过仿真模拟该结构在1.26 THz下的电场分布对其透射机理进行了分析,并实验制备了类EIT超材料结构样品,且利用太赫兹时域光谱对样品进行了透射性能测试,测试结果与仿真分析的趋势基本一致.     

电磁编码超材料的理论与应用

本文系统地对编码超材料、数字超材料及现场可编程超材料的新进展进行了综述,讨论其对电磁波的实时调控和构造多功能器件的能力。首先,引入1-bit编码超材料,由"0"和"1"两种编码单元构成,分别对应于相位相反的电磁响应。通过控制不同的"0"和"1"编码序列,可以调控电磁波,并实现不同功能。这种1-bit编码超材料可以扩展到2-bit,甚至更高比特。其次,介绍了一种由开关二极管来控制的数字编码超材料,每个编码单元可通过二极管的开和关来获得不同的相位响应,进而获得不同的数字态。结合现场可编程门阵列(FPGA)控制系统,实现了对数字超材料的实时可编程设计,构造出现场可编程超材料。最后,研究了编码超材料对太赫兹波的调控,包括太赫兹波宽带漫散射及其对目标雷达散射截面(RCS)的缩减、各向异性编码超材料对太赫兹波的极化调控和波束调控等。数值仿真和实验测试结果吻合很好,验证了编码超材料的出色性能,展示了编码超材料调控电磁波的多功能性。编码超材料对微波及太赫兹波的实时控制可用于制作波束分离、波束偏折、极化转换等功能器件,也可在宽带范围内有效缩减目标RCS。     

一种太赫兹类电磁诱导透明超材料谐振器

理论和实验研究了一种由开口谐振环(SR)和双金属线(CW)组合的具有类电磁诱导透明(EIT)效应的SR/CW太赫兹谐振器。分别对由单侧开口和双侧开口谐振环的SR/CW谐振器特性进行了仿真,并分析了开口环在结构单元中位置的变化对谐振峰强度和品质因子Q的影响。结果表明,两个谐振器在0.7THz附近的谐振峰是由开口环LC谐振和双金属线偶极谐振干涉相消引起的。开口环位置变化对单侧开口环的SR/CW结构谐振峰强度和Q值影响较大,而对双侧开口环的SR/CW谐振器的影响很小。利用激光诱导与化学镀铜技术制备了SR/CW谐振器样品,并利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)对样品进行了透射性能测试,测试结果与仿真分析基本相符。     

超薄电磁屏蔽光窗超材料吸波器EI北大核心CSCD

提出并验证了一种新型超薄微波超材料吸波器设计。该超材料吸波器由三层金属结构层和两层介质材料层组合而成,并采用两个相同的金属圆环作为双层复合谐振结构单元。该设计与传统的单层谐振结构单元相比,不仅大大减小了吸波器整体结构厚度,而且有效提高了电磁波吸收率。利用有限元电磁模拟对该吸波器内部的空间电磁场及表面电流分布进行仿真与分析,阐述了其电磁吸波物理机理。模拟和实验结果均证实该吸波器具有极化不敏感及宽角度入射稳定特性。该超薄超材料电磁吸波器整体结构简单,占空比低,在电磁屏蔽光窗等领域具有潜在应用。     

有限温度下的Casimir效应

利用路径积分量子化方法,计算出两个平行的、理想的金属板之间,在有限温度下自由的量子电磁场和内部费米子单圈图对Casimir力的贡献.     

基于电磁谐振分离的宽带低雷达截面超材料吸波体

基于超材料的电磁谐振特性, 设计、制作了一种极化无关的宽带低雷达散射截面 (radar cross section, RCS)超材料吸波体. 通过场分布和反演法分析了其吸波机理, 利用波导法和空间波法测试了其吸波率和RCS特性. 理论分析表明: 在平面波的作用下, 该吸波体对某一吸波频率在不同的位置分别提供电谐振和磁谐振, 对不同的吸波频率, 利用不同的介质层提供主要的能量损耗, 从而有效减弱了电磁耦合, 保证了宽频带的强吸收特性. 实验结果表明: 设计的三层结构吸波体吸波率达90%以上的带宽是单层结构的4.25倍, RCS减缩10 dB以上的带宽为5.1%, 其单元尺寸为0.17λ, 厚度仅为0.015λ. 该吸波体的低RCS特性还具有极化无关、宽入射角的特点, 且通过改变吸波体的夹层结构可以实现工作带宽的灵活调节. 关键词： 超材料吸波体 雷达散射截面 宽带 电磁谐振     

零电磁材料特性模拟及分析

 利用时域有限差分法分别模拟了线源、TM波和偶极子激励下零电磁材料的角度滤波和波形变换特性。仿真结果表明:当电磁波的入射方向垂直于零电磁材料表面时,电磁波可完全穿过零电磁材料;对不同表面形状的零电磁材料,透射波的相位完全由材料输出面决定;在线源或偶极子上覆盖一层输出面为平面的零电磁材料,其辐射可变换成平面波,并且多个线源或偶极子组成的天线阵,单元天线的数目增加至N个时,其辐射场强也提高为N0.5倍。     

零电磁材料特性模拟及分析

利用时域有限差分法分别模拟了线源、TM波和偶极子激励下零电磁材料的角度滤波和波形变换特性。仿真结果表明:当电磁波的入射方向垂直于零电磁材料表面时,电磁波可完全穿过零电磁材料;对不同表面形状的零电磁材料,透射波的相位完全由材料输出面决定;在线源或偶极子上覆盖一层输出面为平面的零电磁材料,其辐射可变换成平面波,并且多个线源或偶极子组成的天线阵,单元天线的数目增加至N个时,其辐射场强也提高为N0.5倍。     

声学超材料与超表面研究进展

声学超材料是一种人工设计结构的材料,具有超越自然界材料行为的特性,如负折射、反常多普勒效应、平面聚焦等.本文主要介绍了声学超材料近二十年来的相关研究进展,重点论述了超原子声学超材料、超分子声学超材料、超原子簇和超分子簇声学超材料.最后简要介绍了近五年来声学超表面的研究概况和发展趋势.     

基于平面超材料的Fano谐振可调谐研究

基于两段相同金属分裂环谐振器构成的单层结构, 从理论及实验方面研究了平面超材料的可调谐Fano谐振. 实验测量了平面超材料对TE和TM入射波的电磁响应, 利用电磁波的入射角度控制Fano谐振的强度, 实现了谐振的开关特性, 谐振频率红移可达到21%. 基于有限元法给出了平面超材料的场分布, 强的正常色散表明平面超材料的电磁响应可类比经典电磁诱导透明现象, 仿真与实验结果相符合. 对称结构超材料Fano谐振的开/关特性为超材料性能的可调谐控制提供了有效途径.     

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.