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异向介质理论和应用研究

作　者: 张海飞
导　师: 孔金瓯；冉立新
学　校: 浙江大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 异向介质各向异性负折射光子晶体亚波长成像 SRR 波导滤波器
分类号: TM271
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本论文以近年来电磁学界的研究热点异向介质为研究背景，主要包括三部分成果：二维光子晶体超透镜成像研究，各项异性异向介质Brewster角研究，以及基于SRR的可控波导滤波器的设计。第一部分从光子晶体的基本概念起介绍了如何利用平面波展开法计算光子晶体的能带。研究了光子晶体中存在的两种负折射的情况，并且区分了等效负折射率，负折射现象，和超透镜现象三个重要的概念。接下来利用FDTD方法进行了二维三角形晶格光子晶体平板和正方形晶格光子晶体平板的成像研究。并给出了多层光子晶体平板的成像结果，实现了正方形三角形混合晶格光子晶体平板近远场成像。对于多层三角形晶格光子晶体平板成像，物距和像距可以自由改变而不影响成像点的位置和分辨率，这在未来的亚波长成像系统中有潜在的应用前景。第二部研究了各项异性异向介质的Brewster角，首先研究了主轴垂直于界面的情况，发现在异向介质负通带内，Brewster角随着频率增加而减小。并利用Ω型异向介质进行了实验验证。然后进一步的研究了主轴不垂直于界面的情况，发现主轴转动的角度恰好等于此时的Brewster角，这是因为此时垂直于主轴的方向上介电常数为正磁导率为负，只有倏逝波而没有可传播的波存在，因此反射系数为0。第三部分实现了基于SRR的可控波导滤波器的设计。首先介绍了设计思路，然后通过理论计算和数值仿真完成了设计，取得了良好的效果。在波导的截止频率之上，我们可以通过控制变容二极管的电容值达到控制禁带的目的，在波导的截止频率以下，我们依然可以通过改变变容二极管的电容来控制通带。值得注意的是，这个截止频率之下的通带是一个负通带，传播的是反向波，其能量的方向和波矢量的方向是相反的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章引言  7-20
  1.1 异向介质的基本概念  7-10
  1.2 异向介质的人工实现  10-19
  1.3 论文内容安排  19-20
第2章二维光子晶体超透镜成像  20-46
  2.1 光子晶体的概念  20-25
    2.1.1 什么是光子晶体  20-21
    2.1.2 倒格矢  21-23
    2.1.3 布里渊区  23-25
  2.2 平面波展开法计算光子晶体能带  25-29
  2.3 光子晶体的负折射现象和完美透镜  29-32
  2.4 FDTD仿真  32-37
    2.4.1 FDTD方法  32-35
    2.4.2 各项异性介质完全匹配层(UPML)  35-37
  2.5 二维三角形晶格光子晶体成像  37-42
  2.6 二维正方形晶格光子晶体成像  42-45
  2.7 小结  45-46
第3章各项异性异向介质的BREWSTER角研究  46-57
  3.1 各项异性异向介质研究现状  46-48
  3.2 主轴与界面垂直情况下的BREWSTER角  48-54
    3.2.1 理论计算  48-52
    3.2.2 实验验证  52-54
  3.3 旋转主轴情况下的BREWSTER角  54-56
  3.4 小结  56-57
第4章基于SRR的可控波导滤波器  57-65
  4.1 设计思路  57-58
  4.2 理论计算  58-61
  4.3 数值仿真  61-64
  4.4 小结  64-65
结束语  65-66
参考文献  66-72
致谢  72-73
硕士研究生期间的科研成果  73

异向介质理论和应用研究

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