由单负材料组成的一维对称型光子晶体中的隧穿模

由电单负材料A和磁单负材料B构成了一维对称型光子晶体,数值计算表明其带隙中出现了一隧穿模. 材料层数增加,隧穿模宽度急剧变窄,而其位置不变.隧穿模的位置和宽度对入射角的变化都不太敏感. 材料的几何厚度减小,隧穿模的位置蓝移,而其宽度不变. μ_A, ε_B增加,隧穿模的位置红移,宽度减小. 利用隧穿模的以上特性可以实现对电磁波传播的动态调控.     

含单负材料三明治结构的电磁隧穿特性

在理论分析的基础上,结合实验研究了单负材料/正折射率材料(或单负材料)/单负材料三明治结构的电磁隧穿性质.这种结构的电磁隧穿来源于入射平面波与结构的表面或体极化激元的耦合,从理论上讨论并计算了正入射情况下这种结构中的极化激元的色散关系.发现:由单负材料作为边界而正折射率材料为中间层的三明治结构具有体极化激元,这种极化激元的共振频率随着中间层厚度的增加向低频移动;由不同性质的单负材料构成的三明治结构具有两条色散曲线,这两条色散曲线随着中间层厚度的增加而简并.随后基于L-C传输线技 关键词： 单负材料 极化激元 隧穿 L-C传输线')" href="#">L-C传输线     

含特异材料光子晶体隧穿模的偏振特性

构造了由普通材料A(SiO₂)和电单负材料B组成的(AB)^N(BA)^N型一维光子晶体.数值计算表明原禁带的1907.3 nm处出现了一个十分尖锐的隧穿模. 入射角增加,该隧穿模的透射率和半峰全宽度均保持不变,但位置发生蓝移, 入射角在15°-65°的区间内,移动率的绝对值 |dλ/dθ| 较大.当B介质的磁导率μ_B 从5增加到10时,只是隧穿模的位置发生了红移. 介质的几何厚度增加时,隧穿模的透射率不变,但其位置红移明显,半峰全宽略有增加.     

三层单负材料结构中电磁波模分析

本文分析了由负介电常数材料和负磁导率材料交替排列组成的一维三层结构中的电磁波模式,包括传播模及波导模.传播模对应于入射的行波模,着重研究了发生共振隧穿时场分布和透射谱随入射角度的变化关系,发现改变结构参数时共振隧穿频率会劈裂成两个,且这两个隧穿模的频率间距随着中间层厚度的减小而逐渐加大.波导模是指在结构两边的半无限真空中以倏逝场形式存在的电磁模式,分析了它的存在条件即色散关系,发现这种模在材料的交界面处会出现较强的局域场. 关键词： 单负材料 共振隧穿 传播模 波导模     

单负材料一维光子晶体超窄带滤波特性研究

用传输矩阵法研究了单负材料一维光子晶体(ABD)m(CBA)n(ABD)m(CBA)n的透射谱。结果表明:当增加周期数m或D层介质厚度dD时,透射谱中的两个隧穿模越加锋锐,但所处频率位置不变;当增加周期数n或C层介质厚度dC时,透射谱中的两个隧穿模向中间靠拢趋于简并;当增加A层介质厚度dA时,透射谱中双隧穿模结构及位置无变化,而当增加B层介质厚度dB时,透射谱中的三模结构向低频方向移动,且逐渐消失;随着入射角θ的增大,透射谱中两隧穿模向禁带中心靠拢。利用单负材料光子晶体的透射谱特性可实现可调性和高品质的单、多通道超窄带滤波功能。     

由单负材料组成的对称型一维光子晶体的偏振特性

利用传输矩阵法,讨论了由单负材料组成的对称型一维光子晶体的偏振特性。结果表明:入射角较小时,TE、TM两波隧穿模的中心位置基本相同。入射角θ增加,两隧穿模均向短波方向移动,且其半峰全宽变窄。入射角θ>20°时,两隧穿模的蓝移量增加,且TM波的移动量大于TE的,入射角越大,这一变化越明显。周期数N增加时,两隧穿模的位置保持不变,半峰全宽变窄;TM波隧穿模的透射率保持为1,而TE波的有所下降。介质的几何厚度增加时,两隧穿模均向长波方向移动,隧穿模的透射率保持不变。两介质几何厚度的变化量相同,两隧穿模的移动量也分别相同。     

单负材料一维光子晶体的透射谱特性

利用传输矩阵法研究了单负材料一维光子晶体(AB)m(ADBDB)n(AB)mA的透射谱,发现:透射谱中出现2个共振隧穿模,其位置和间距可由周期数m或n,以及介质层厚度d调节控制。改变m,会出现2个恒定间距的共振隧穿模;改变dA,共振隧穿模间距增大,且当dA≥25mm时,间距增大加剧;改变n,共振隧穿模逐渐趋于简并,当n≥6时,两隧穿模合二为一;改变dD,两共振隧穿模亦逐渐趋于简并,当dD≥20mm时,两隧穿模亦合二为一。这些特性可为利用光子晶体设计可调性高品质单通道、双通道滤波器提供参考。     

损耗型单负材料双层结构的反射率及偏振度

通过传输矩阵法,理论研究了损耗型单负材料双层结构在不同入射角时的反射率和偏振度。结果表明,损耗型单负材料双层结构不同于常规介电材料,随着入射角的增大,p分量反射率比s分量的反射率大。随着损耗(电损耗和磁损耗)的增大,p波的反射率和s波的反射率差异减小,直到重合,偏振度变为0。对于损耗型单负材料双层结构,当MNG层厚度增大时,偏振度变化幅度减小;而当ENG层厚度增大时,偏振度变化幅度增大。     

负介电常数材料和负磁导率材料的双层结构中电磁波模式分析

研究了双层单负材料结构中电磁波的模式,主要分析了不同模式的产生条件,讨论了这些模式与材料参数之间的关系.当材料参数满足平均介电常数和磁导率为零时出现隧穿模式.当满足波导模产生条件时,波导模式的电磁波在材料两边的半无限真空中以消逝波存在,在双层单负材料的界面处也可以出现较强的局域场.     

负介电常数材料和负磁导率材料的双层结构中电磁波模式分析

研究了双层单负材料结构中电磁波的模式,主要分析了不同模式的产生条件,讨论了这些模式与材料参数之间的关系.当材料参数满足平均介电常数和磁导率为零时出现隧穿模式.当满足波导模产生条件时,波导模式的电磁波在材料两边的半无限真空中以消逝波存在,在双层单负材料的界面处也可以出现较强的局域场. 关键词： 单负材料 传播模式 隧穿模式 波导模式     

含单负介质层受阻全内反射结构的光子隧穿现象研究

利用稳定相位理论得到了光子穿越含单负介质层受阻全内反射结构的隧穿时间以及光子穿透光学势垒后产生的横向位移.分析结果表明，当势垒为单负介质时，光子隧穿可能表现出负的隧穿时间和负的横向位移.隧穿时间和横向位移存在Hartman效应，使得光子隧穿过程具有超光速性质.此外，基于TM波和TE波通过负介电常数介质和负磁导率介质势垒产生的横向位移的方向正好相反，得到了一种有效的区分两类单负介质的方法. 关键词： 光子隧穿 负折射 单负介质 超光速     

含负折射率介质的多层结构中倏逝波传播及隧道效应的分析

研究了倏逝波在含负折射率介质的多层平板结构中的传播特性，解析地分析了倏逝波在不同结构参数下的放大或衰减规律及其原因以及能流的分布，并着重讨论了负折射率介质的损耗对隧道效应的影响，最后通过模拟高斯光束在该结构中的传播和能量储存，形象地给出了负折射率介质的损耗对倏逝波的影响和对光子隧道效应的减弱. 关键词： 负折射率介质 倏逝波 隧道效应     

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。     

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     

负折射率材料单球面近轴成像奇特规律的研究

研究了负折射率(n′<0)材料单球面折射对近轴光线的成像规律.理论推导证实负折射率材料单球面近轴成像的所有公式与我们所熟悉的常规材料(n′>0)单球面的完全相同,但由于n′<0,它的成像规律完全不同于常规材料的.文中通过物距-像距曲线比较了两种材料的物-像关系,并对(n′<0,f′>0,f>0)情形下的物像位置、虚实正倒、缩放规律等进行阐述,给出了物像空间的对应图示.     

负折射率材料对隐失波的幅度增益

分析了隐失波透过负折射率材料制成的透镜时,可以实现相位的调整,从而实现波的聚焦的原理;另外利用叠加原理(干涉法)及场量匹配法分析了负折射率材料如何实现对隐失波的振幅的放大,得到负折射率材料对隐失波有幅度增益,行波和隐失波都能聚焦成像的结论;并利用传输线理论提出隐失波透过负折射率材料平板时可等效地形成一个LC振荡电路,从而实现对隐失波的幅度增益.     

Nonlinear responses of the periodic structure composed of single negative materials

We investigate the nonlinear responses of the one-dimensional periodic structure containing alternate single negative materials. The transmission property of this nonlinear periodic structure is studied and the bistable behavior is found. Similar as in the linear periodic structure, the transmission property of this nonlinear structure in the zero phase (zero-?) gap region is found to be relatively insensitive to the incident angle from 0° to 30°, in comparison with that in the Bragg gap. Especially, the transmissions associated with the zero-? gap reach the peaks at almost the same input intensity for different incident angles. Another merit of the transmission property in the zero-? gap is that a lower threshold is needed to achieve the bistability than in the Bragg gap. The electric field distribution in the system is further studied. We observe the zero-? gap soliton and compare it with the usual Bragg gap soliton. The differences between these two kinds of solitons are analyzed, and the zero-? gap soliton is shown to be insensitive to the incident angle. In the end, we find that the transmission and the soliton in the zero-? gap are also weakly dependent on the loss and the scaling in contrast to that in the Bragg gap.     

基于周期结构负反射的远场增强成像研究

远场高分辨率成像是近几年来声学和光学领域的研究焦点之一, 倏逝波无法在介质中传播成为将高分辨率成像带入远场的最大困难.本文提出了一种均匀排列的散射钢柱构成的超构散射体成像方式, 利用周期结构负反射现象将倏逝波信息转化为可传播波来增强成像.有限元数值模拟被用来研究和验证该方案的可行性, 结果显示波长3.4 mm的声波可以在20 cm外的远场获得大约0.6个波长的成像分辨能力. 通过减小散射体的晶格常数有希望达到更高分辨率成像.