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手性人工电磁材料(Chiral Metamaterials)具有很多诱人的电磁特性,例如负折射、旋光性、圆二色性以及非对称传输特性。由于能灵活地操纵电磁波的偏振状态,这些手性人工电磁材料成为了人们的关注目标。近年来,新型人工电磁材料的人工手性特性被用来调控波的偏振状态,从而实现了许多功能,比如圆偏振片、线偏振片、偏振旋转器、偏振滤波器以及非对称传输器件。当新型人工电磁材料同时具有二维手性和各向异性的特征时,其将会显示出非对称传输现象,这是三维手性人工电磁材料所不具有的特性。本论文针对新型人工电磁材料的人工手性及其特性开展研究,重点探索多频带的非对称传输现象,开展相关的理论与实验研究工作,并研究新型人工电磁材料的内在耦合效应对电磁波偏振态的调控,具体研究内容: 1.利用双层分裂环构建新型人工电磁材料,层间的结构旋转角导致强的手性,进而控制线偏振光透过该材料后的偏振旋转角。此结构具有较高的透射率,且透射光的偏振旋转角和结构的旋转角几乎相等,这为设计新型偏振功能器件提供了一个新的思路。 2.基于线偏振非对称传输的理论,理论上设计了一种红外光波段、双带非对称传输器件,在两个不同的波段能够实现正交偏振光的互转换,具有双带非对称传输的特性。总结了几何参数对器件性能的影响。对谐振模的场图进行分析,证实了双带非对称传输的机理,同轴C形结构和离轴C形结构在双带非对称传输现象中发挥着不同的作用。 3.对微波段的线偏振非对称传输器件进行了优化设计。通过改变几何参量可以调节该器件的谐振频率和非对称系数,从而调整两个非对称传输带之间的频差。实验结果与仿真结果十分吻合,在两个频段分别实现y到x与x到y的偏振转化,偏振转换率可达90%。