金属-介质和磁性-介质复合阵列的界面态对比研究

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电磁超构材料是一种由亚波长共振单元周期或非周期排列构成的人工复合材料,呈现出天然材料不具备的奇异电磁特性,可以实现对电磁波的任意调控从而产生各种有趣的现象。在二维体系中,麦克斯韦方程组具有两组相互独立的解:即TE模(横电模式:磁场与传播方向垂直)和TM模(横磁模式:电场与传播方向垂直)。在本文中,采用金属粒子和介质粒子构建具备亚波长导波的复合阵列结构,并研究其在TE偏振下的电磁波传输特性。同时,在微波波段设计了另一类磁性-介质复合阵列体系,并对TM偏振下界面态的传输特性进行了对比研究。论文由五个章节内容组成,具体安排如下:第一章中首先概述了电磁超构材料的发展历程和性质,并阐明了超构材料出现的意义和具备的奇异电磁特性,介绍了超构材料的几种典型应用,最后对超构材料的表面特性进行了介绍,为接下来工作奠定基础。第二章中详细介绍了本研究工作采用的物理模型和理论方法:Mie散射理论、多重散射理论。其中,Mie散射理论用于求解单根体系的散射系数,进而利用多重散射理论对多体系二维结构进行了色散曲线和场模式分布的计算。第三章中详尽阐述了本文工作的具体结构设计,从最简单的直线型结构引申到折线型结构,从单一材料过渡到复合材料。本章中主要对金属-介质复合阵列结构进行了研究,利用Mie散射理论和多重散射理论精确地计算了不同结构在TE极化下的色散曲线并进行场分布模拟,考察介质材料的引入对金属结构的影响,研究了耦合特性和SPP(Surface Plasmon Polariton)特征。第四章中我们基于上章的思路完成了对磁性-介质复合阵列结构的界面态调制和对比研究。基于Mie散射理论和多重散射理论,可以严格求解不同阵列结构的界面态色散曲线,从而可以探索结构参数和体系对称性对界面态性质的调制。而且,我们还可以分析结构TM极化下的电场分布,从而对界面态性质给出更为深刻的理解,对于双阵列结构还考察了界面态间的耦合以及它对界面态的非互易传输特性的影响。论文的最后一章回顾和总结了本文的研究工作,对磁性-介质复合阵列体系的后续工作进行了展望。
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