《三維微納螺旋結構電磁超介質（Metamaterials）的光學特性研究》是依託華中科技大學，由楊振宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：三維微納螺旋結構電磁超介質(Metamaterials)的光學特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊振宇
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
微納螺旋結構電磁超介質（Metamaterials）具有顯著的圓偏振二向色性，且回響波段範圍寬、結構緊湊，能夠套用於寬頻圓偏振器件的製備，近年來逐漸成為國際上的一個研究熱點。目前研究主要集中在單螺旋結構上，對於其光學特性的產生機理以及結構參數的影響因素還沒有進行深入系統的研究。另外單螺旋結構10dB左右的信噪比與消光比還有待進一步提高。我們前期的研究結果表明，與單螺旋結構相比多螺旋結構電磁超介質有更優越的光學性能（頻寬增加50％，信噪比提高2個數量級）。因此本項目擬進一步深入研究微納螺旋結構電磁超介質的光學特性，包括：進一步完善多螺旋結構光學回響的數值模擬；並對橢圓螺旋結構、反射光特性等新結構、新問題展開研究；探索建立描述其光學特性理論模型的方法；最終實驗上完成微米/亞微米級螺旋結構的製備和測試。本項目對促進電磁超介質的深入研究和其在相關領域的實際套用將產生一定影響。
結題摘要
超材料（Metamaterials）是近十多年出現的一種新型人工電磁材料。它主要通過在自然媒介中嵌入人工設計的幾何結構電磁單元來實現對各種物理量的調製，從而獲得新奇的電磁特性，如負折射率、理想成像、逆都卜勒效應、反常切連科夫輻射效應、非對稱傳輸、電磁誘導透明等。基於這些電磁特性，超材料在很多領域具有巨大的潛在套用價值，可用來構造隱身斗篷、吸波器件、隔離器、電漿感測器、偏振轉換器件等。2009年J.K Gansel等人首先發現了金屬螺旋結構超材料的寬頻圓二向色性，隨後，許多研究團隊也對其進行了廣泛地研究和報導。本項目主要針對螺旋結構與開口諧振環結構超材料，深入開展了光學特性的理論分析與實驗研究。項目實施期間共發表相關學術論文16篇，其中SCI論文12篇，申請並獲批國家發明專利3項。主要研究成果如下： (1)利用時域有限差分算法（Finite Difference Time Domain, FDTD），系統地開展了對單、雙、三和四螺旋結構超材料的透射和反射特性的數值仿真，並由透射和反射特性推導出它們的吸收特性。根據對螺旋結構超材料的吸收特性的研究以及當前光學吸波材料的研究方向，我們首次提出將三螺旋結構超材料用於製備具有寬頻和偏振不敏感性的光學吸波材料; (2)完善了螺旋超材料圓偏振器相對於線偏振片和四分之一波片組成的圓偏振器的兩點不足。第一，設計了基於橢圓螺旋超材料的橢圓偏振器，擴寬了螺旋超材料的適用範圍。第二，基於目前可製備的單螺旋超材料，提高了螺旋超材料的消光比； (3)研究了雙層不對稱雙開口諧振環的圓二向色性和圓轉換二向色性，設計並實驗完成了兩種雙層結構，增大了單層不對稱雙開口諧振環結構的兩種圓轉換率之間的差距； (4)提出了左旋右旋組合螺旋超材料用作寬頻圓偏振轉換器的設計，該結構可以在紅外波段表現出顯著的圓轉換二向色性，我們與德國KIT大學合作首次在實驗上完成了該結構的製備與光學特性的測試。
