基于相位编码超材料技术的波束分离器研究文献综述

 2022-07-17 05:07

基于相位编码超材料技术的波束分离器研究

摘要: “编码超材料”,它只由两种类型的单元组成,具有0和pi;相位响应,我们分别命名为“0”和“1”元素。通过用受控序列(即1位编码)编码“0”和“1”元素,我们可以操纵电磁波并实现不同的功能。超材料的二维形式则称为超表面,其具有低损耗、低剖面、易于设计等特点。本论文基于对可相位编码的超材料研究,实现波束分离。

关键词:可编程超材料、超表面、相位编码、波束分离

  1. 超材料技术研究的背景和意义

超材料是在世纪之交诞生的一个新的科学概念。超材料,也称新型人工电磁材料、新型人工电磁媒质、特异介质等。它是将具有特定几何形状的宏观基本单元周期性或非周期性排列,使其具有天然材料所不具备的超常电磁特性的人工复合结构或人工复合材料。由等效媒质描述的超材料称之为新型人工电磁媒质,由空间编码描述的超材料称之为编码超材料和数字超材料。

“超材料”一词最初由美国德克萨斯州大学奥斯汀分校Rodger M. Walser 教授提出,用来描述自然界不存在的、人工制造的、三维的、具有周期性结构的复合材料。近年来,典型的超材料如左手材料、“隐身斗篷”、完美透镜等已在光学、通信、国防等应用领域渐露头角,而为数众多的电磁超材料、力学超材料、声学超材料、热学超材料以及基于超材料与常规材料融合的新型材料相继出现,形成了新材料的重要生长点。

近年来,研究议程正在从基础研究转向实际应用。特别是在超材料领域的研究,重点是新型元器件的开发,其中包含广泛可调的功能超材料,用于动态光控制,传感和成像。超材料可用于功能性器件的开发,如纳米波导及有特殊要求的波束引导元件、表面等离子体光子 芯片、亚波长光学数据存储、新型光源、超衍射极限高分辨成像、纳米光刻蚀、生物传感器及探测器的应用和军用隐身材料等。

  1. 国内外研究概况

超材料的概念最早由俄罗斯科学家 Veselago在 1968 年提出。超材料领域研究中处于领先地位的国家和地区主要是美国和欧洲。2000年底,美国国防部“国防高级研究计划署”联合美国一些大学和研究机构,开展了关于超材料的研究计划,为超材料技术的广泛应用奠定了基础。欧盟也联合欧洲 24 所大学共同开展了联合协调项目。

John Pendry取得了真正的突破,他们分别利用薄金属线阵列(1996)和分裂环谐振器阵列(1999)实现了在微波频率下实际实现电磁等离子体的可能性,以实现负εreff和负mu;reff低于等离子体频率。2000 年,Pendry提出利用负折射率材料可以克服传统光学成像所遇到的绕射极限问题,使在成像面上原本的不可解析变成可解析,并对此观点进行 了数值模拟。

美国科学家在D. R. Smith(2001)的领导下,UCSD报道了使用细线(TW)和裂环谐振器(SRR)复合结构的负折射率的第一个实验实现。因此,第一种超材料是等离子体类型。

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