【摘 要】
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光子晶体与左手材料均是当前研究的热点,在微波与光学领域都有巨大的应用前景。二维光子晶体由于其加工工艺较三维光子晶体简单,容易引入缺陷,以及应用广泛而格外受到重视。
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光子晶体与左手材料均是当前研究的热点,在微波与光学领域都有巨大的应用前景。二维光子晶体由于其加工工艺较三维光子晶体简单,容易引入缺陷,以及应用广泛而格外受到重视。借助于二维时域有限差分(FDTD)仿真方法,本文对二维光子晶体的等效负折射特性、共振激发效应以及等效负折射光子晶体(NR-PC)平板透镜在目标探测成像中的应用进行了重点研究。具体的研究内容及研究成果包括以下几个方面:
(1)用时域有限差分法研究了二维三角结构的等效负折射率光子晶体透射谱,用Bloch波共振激发效应来描述光在该结构晶体中的传播。在仿真中,通过改变入射光波频率及光子晶体结构参数,得到光子晶体共振模,即在共振频率处出现的唯一的极强的透射峰值。从而找到有效提高光子晶体的光能透射率(光子晶体光波的出射和入射平均能流的比值)的途径,获得了具有较高透射率的光子晶体。
(2)通过FDTD方法仿真NR-PC平板透镜在真空中的聚焦过程,仿真结果显示,NR-PC平板透镜可以在透镜的另一侧自动聚焦发自点源的光波,并达到亚波长的聚焦分辨率。同时,研究发现平板透镜的厚度以及损耗会对聚焦分辨率产生较大的影响。
(3)使用NR-PC平板透镜对真空中柱状理想导体目标进行探测成像,仿真结果显示,NR-PC平板透镜可以对目标的后向散射电磁波进行再聚焦。因此,利用NR-PC平板透镜,无需调整透镜,即可实现对近场目标的扫描探测成像。借助于FDTD仿真方法还优化了扫描探测成像系统的性能,得到了扫描探测的最佳成像方案；最后还研究了双目标情况下NR-PC平板透镜成像系统的再聚焦横向分辨率性能,以及NR-PC平板长度对再聚焦横向分辨率的影响。该研究使得对目标的扫描探测从微波范围拓展到了光波范围,对小目标的探测及成像具有十分重要的意义。
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