基于磁環(huán)偶極子的雙頻高Q值電磁波超材料的設計研究.pdf

1、磁環(huán)偶極子是和電/磁偶極子并列的基本偶極子，其輻射強度比后者要弱很多而難以被探測到，因此在多極子展開式中常常被忽略。超材料的發(fā)展，使得人們能夠設計出可以探測的磁環(huán)偶極子。從而設計基于磁環(huán)偶極子的超材料，來實現(xiàn)一些奇特的物理效應。
　　本文首先利用電磁場數(shù)值模擬方法，設計了一種工作在微波頻段的雙頻段高Q值電磁波超材料平板。其超材料分子是由兩個尺寸不同的旋轉對稱形超材料原子構成。模擬發(fā)現(xiàn)，超材料的透射譜上出現(xiàn)了兩個透射峰，增加分子的旋

2、轉重數(shù)，兩個峰均發(fā)生藍移，而且其Q值均顯著的提高。這兩個透射峰主要分別與分子中的兩個原子的電磁模式（電偶極子和磁環(huán)偶極子）的同時激發(fā)有關。主要是原子中的這兩種偶極子輻射的電場因反相干涉相消，從而抑制了輻射損耗，導致了較高的Q值。分子的旋轉重數(shù)增加使得分子（原子）具有較高的旋轉對稱性，這導致了電磁波的能量能夠較好地局域于每個原子內部，從而進一步減小了超材料的輻射損耗。同時，我們也研究了結構參數(shù)對透射峰的影響；將半導體硅與該超材料復合，研究

3、了動態(tài)調控特性；通過計算群時延，發(fā)現(xiàn)這種結構可實現(xiàn)慢光效應。
　　其次，利用電磁場數(shù)值模擬和實驗方法，設計了一種工作在微波頻段的單頻高Q值的電磁波超材料平板。其超材料分子是由啞鈴型金屬環(huán)圍繞其對稱軸旋轉而成的多重旋轉結構。模擬發(fā)現(xiàn)，超材料的透射譜上出現(xiàn)一個透射谷，增加分子的旋轉重數(shù)，透射谷也發(fā)生藍移，而且其Q值也顯著的提高。這個透射谷也主要與分子中的電偶極子和磁環(huán)偶極子的同時激發(fā)有關。它們輻射的電場干涉相消，從而抑制了輻射損耗，導