对称与不对称人工电磁材料介质板界面表面电磁波的理论研究.pdf

最近，在世界范围内越来越多的科学家把目光转向了左手材料(Left-Handed Medium，LHM)，也称为人工电磁材料(meta-materials)。1967年，前苏联科学家Veselago首先提出LHM(即，当平面电磁波在这种材料中传播的时候，它们的电场矢量、磁场矢量以及波矢量形成左手关系)，其介电常数和磁导率都是负值，并在理论上预言了其一些非同寻常的现象和特殊的性质，例如，反常多普勒(Doppler)频移、切伦可夫(Cherenkov)辐射的逆转以及负折射现象等。1996-1999年，Pendry教授等人从理论上巧妙设计了由细金属线的三维周期结构构成的负介电常数材料，周期性规则排列的开口环型谐振器可构成负磁导率材料。2000和2001年，美国加州大学圣地亚哥(UCSD)分校的Smith教授等人根据Pendry的理论，把周期性排列的非磁性的开口环型谐振器和细金属线阵列结构组合在一起实现了左手材料。由于左手材料的独特性质，因此有广阔的应用前景。尤其是在光波波段，更会出现许多新的光学效应及革命性的应用。左手材料可以被用来设计新型光电器件、天线和波导，并应用在无线电通讯、光通信、以及医学诊断等领域。此外左手材料也可以被应用在高容量存贮装置，例如DVDs。左手材料还可以成为一个完美成像透镜，并应用在改进半导体平版印刷技术和近场成像技术。 表面电磁波是指沿两个介质的分界面传播的电磁波，并且在偏离分界面时，其振幅随距离增加按指数衰减。有时，亦被称为表面离子体激元(surface plasmon polaritons，SPPs)。SPPs被发现在次波长光学、数据存储、光的产生、显微镜和生物光子学等方面有潜在应用价值。近年来各种各样不同界面上传播的表面等离子体激元的性质引起了许多科学家的兴趣，特别是人工电磁材料界面上的SPPs，会有许多可能的应用价值和意想不到的性质。 本论文主要研究由常规介电材料(Dielectric)、左手材料(LHM)、负介电常数材料(Negative dielectric permittivity material，NDPM)、以及负磁导率材料(Negative magnetic permeability material，NMPM)组成的对称和不对称介质板界面表面等离子体激元的性质，包括其存在区域、色散关系曲线和衰减全反射(Attenuated Total Reflection，ATR)光谱。具体分以下几个部分： 首先，阐述了人工电磁材料的概念，进而详细介绍其发展历史、现状及应用前景。另外，还介绍了SPPs及其应用。 其次，理论分析由Dielectric、NDPM、NMPM和LHM这些不同材料组成的二层及三层结构界面上表面等离子体激元的存在条件和色散关系。 第三，针对p和s偏振两种情况，研究在LHM/Dielectric/LHM、NDPM/LHM/NDPM、NMPM/Dielectric/NMPM这三个对称介质板界面上SPPs的存在区域、色散关系曲线以及ATR光谱。 第四，针对p和s偏振两种情况，研究在Dielectric/LHM/NDPM、NMPM/LHM/NDPM、Dielectric/LHM/NMPM这三种不对称介质板界面上SPPs的性质。发现可通过改变人工电磁材料的结构参数，如电等离子频率和介质板厚度，来影响表面色散曲线枝的数目和频率位置，并计算其ATR光谱。在对称与不对称人工电磁材料介质板界面上SPPs性质的研究，也许能够被应用在高容量存储装置和新的滤波器等方面。 第五，针对p和s偏振两种情况，分别讨论由Dielectric、NDPM、NMPM为中间层的九种不对称介质板界面上SPPs的存在区域、色散曲线及p偏振的ATR光谱。 最后，对本文工作进行总结并展望下一步的研究工作。

好文章
感謝分享