基于超材料人工克尔媒质的研究
随着技术的发展与进步，克尔效应在高速摄影、光速测量等领域具有广泛的应用前景。然而，天然的克尔媒质需要较高驱动电压、极高纯度要求以及自身化学性质极不稳定等缺陷，其应用范围受到了严重的制约。近年来，由于超材料具有独特的电磁特性，可以提供比自然克尔媒质更强的各向异性响应。因此，超材料实现人工克尔效应的研究吸引了人们广泛的关注和兴趣。 本文提出以基于超材料的人工克尔媒质为对象展开研究，目的是探索超材料实现克尔效应的机理。首先，简要介绍基于超材料克尔媒质的研究进展，提出了论文研究的重要意义，并论述克尔效应原理及超材料拥有负介电常数和负磁导率的设计原理。在此基础上，设计十字型和T字型两种基于超材料的人工克尔媒质结构，经过结构参数优化确定了最优结构;最终仿真结果表明，十字型结构分别加载9×10-16f、1.2×10-15f、1.5×10-15f、2×10-15f的电容时，相位差从22°逐渐增大至88°;T字型结构分别加载0.1pf、0.2pf和0.3pf,相位差从41°逐渐增大至79°。其次，在太赫兹频段采用MEMS工艺设计一种超材料克尔媒质，在静电力驱动下使单侧单元结构弯曲相变来实现调谐，通过对结构参数优化和仿真，结果表明:当弯曲角度分别为4°、6°、9°、12°时，相位差从45°逐渐增大至118°。最后，对微波段T型结构人工克尔媒质进行加工测试，测试结果表明:当加载0.1pf、0.2pf和0.3pf电容时，相位差从35°逐渐增大至87°，测试结构与仿真结果基本吻合，证明了基于超材料结构实现克尔效应的可行性。 论文结果表明:所设计的基于超材料人工克尔媒质结构类似于克尔盒，而且可以提供比自然克尔媒质更强的各向异性响应，并使激发变得更加容易，但更重要的是可以实现近似线性的调谐。
超材料;人工克尔媒质;结构参数;MEMS工艺;各向异性
哈尔滨理工大学
硕士
微电子学与固体电子学
贺训军
2014
中文
TN247
63
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）