平板左手特异介质的设计与实验研究

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左手特异介质因其潜在的巨大应用价值,近年来成为全世界的研究热点。但是,到目前为止能够实现左手特异介质的特殊特性的为实验所证实的材料都是基于人工微结构构成的有效介质。鉴于对目前左手特异介质的发展和研究,能够设计和制备出合适的左手特异介质是进行实验研究和理论验证的强有力的基础。本文的主要内容是设计、制备左手特异介质,研究其中的电磁波传播特性,并通过数值计算和实验予以验证。在前人已有的工作基础之上,做了如下的工作:   (1)通过实验上测量自由空间中各种呈现左手特性的平板结构的透射反射谱,从实验上证实在Cross-Mesh结构中左手带与数值计算结果相一致;通过研究不同层数Cross-Mesh结构的相位延迟,证明在相应的左手带内的负的相位延迟(负的相速度)。   (2)制备了Zhang[Opt.Express14,6778(2006)]提出的在微波区域呈现左手性的平板结构,并且通过测量自由空间中的透射反射谱验证设计的有效性;详细地讨论了在该结构呈现左手特性区域中的群速度与相速度的关系。通过在频域测量群延迟(群速度),证实在左手性区域中群速度可以为正值也可以取负值。   (3)首先提出一种改进极化的左手特异介质的设计方案;然后通过倒逆的方法得到其有效的电磁参数。将这些结构堆叠成体块的左手特异介质,并对其电磁波传播特性进行研究,证实了在体块材料中的相位补偿现象和在楔形结构当中的负折射现象。最后,给出了物理的解释,并对其衍射现象作了初步的分析。  
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