《基於梯度電磁超介質的電磁波的非對稱傳輸特性》是依託浙江師範大學，由劉士陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於梯度電磁超介質的電磁波的非對稱傳輸特性
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉士陽
- 依託單位：浙江師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目基於鐵磁材料和介質構建具有表面/界面梯度和空間梯度的電磁超介質，擬採用Mie散射理論和多重散射理論探討它們對表面電磁波以及空間電磁波的調控能力，著重探討該體系對電磁波的非對稱傳輸的調控能力和效率。利用磁性材料本徵的時間反演對稱性破缺和介質設計的空間對稱性破缺結構，實現對電磁波傳播模式和相位等性質的非對稱調控，主要研究內容包括：..(1) 探討磁性電磁超平面對表面/界面電磁波的非對稱傳輸的調控，以及該體系激發的拓撲界面光子態的特徵和它對拓撲界面光子態相位的調製；(2) 對比亞波長單層磁性周期陣列和磁性超平面對空間電磁波的非對稱調控，如單向透射和反射、單向古斯—漢森位移等；(3) 採用鐵磁材料和介質構建空間異質結構和梯度折射率體系，實現空間電磁波的非對稱傳輸；(4) 設計具有空間旋轉梯度的電磁超介質和梯度雙曲型電磁超介質，以實現對空間電磁波的非對稱傳輸，並與磁性梯度體系進行對比。
結題摘要
根據本項目所提出的研究課題，我們開展了相關的研究，並取得了豐富的研究成果，基本完成了項目中的各項內容。而且，我們也根據本領域的最新研究進展開展了相關工作，也取得了一些研究成果。截至目前，我們的研究成果可概括為以下三個方面：(1) 基於複式晶格的介質光子晶體，通過在超原胞中逐層引入旋轉梯度構建了具有鏡面對稱的“超界面”。當光束從一側入射時可以實現光束的聚焦，而從另一側相反方向入射時實現了光束的分束；採用磁性材料設計了磁性梯度電磁“超表面”，與常規的基於金屬或介質體系的“超表面”不同它可以實現電磁波的單向耦合，從而激發單向界面態。我們採用兩種方式引入梯度，第一種的尺寸梯度，即連續改變磁性柱的大小來設計“超表面”，第二種是旋轉梯度，通過在磁性柱對上引入旋轉角度的連續變化來設計“超表面”。基於磁性“超表面”的設計，我們能夠實現單界面態的高效傳輸和非互易古斯-漢欣位移，並深入探討了其對角度和梯度的依賴關係，並給出了外加磁場的調製能力。(2) 通過激發磁性柱的單體共振和陣列的集體相干效應來實現電磁波的非互易操作。在磁性散射體的尺寸適當的情況下，電磁波除了能激發體系的基模外，還能夠激發偶極共振和四極共振模式。在一個方向上入射時電磁波實現了負透射，而在對稱方向上入射時則實現了全反射，通過外加磁場也可以控制兩種性質的切換。我們也設計了梯度折射率體系用於電磁波傳輸的調製實現了光束的偏轉、分束和聚焦等特性。把介質柱陣列與梯度折射率體系結合起來構建複合體系，從而實現輸出相位的控制。(3) 探討了光子與納米粒子間的相互作用，以及微觀粒子在入射光場中的光力性質，包括手性納米粒子的橫向光力作用、石墨烯納米條帶對間的吸引和排斥作用以及Fano共振下的金屬納米粒子與光子間的相互作用。本項目的研究成果為我們下一步更為深入研究複合電磁超介質對電磁波傳輸的調製奠定了堅實的理論基礎，也為後續研究項目的開展做好了準備。
