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左手材料是介电常数和磁导率同时为负的电磁超材料。左手材料对“完美透镜”和隐身斗篷上具有不可估量的研究价值。过去十年间,大量的超材料结构被制作,覆盖微波和可见光波段。太赫兹波段超材料的研究已经推动THz技术在成像、医学扫描、安检、质量检测、大气检测等方面的发展。然而普通基于开口谐振环和连续金属线(SRR-wires)的左手材料对入射电磁波的极化发现非常敏感,且通常传统的超材料结构仅在单一频段内实现负折射。为了在太赫兹波段构造高透射、宽频段、易加工、极化独立的超材料结构,本文中设计了一种新型的渔网结构。我们采用软件模拟和数值计算相结合的方法研究左手材料的电磁响应特征,并通过金属内表面电流分布情况来验证磁谐振的产生。本文主要研究内容如下:
(1)基于渔网结构,设计一种太赫兹波段极化独立双带负折射的左手材料。渔网结构因其结构简单、实验操作容易、对垂直入射电磁波的极化方向不敏感的特点被认为是最好的适于较高频段左手材料的结构。我们采用电磁仿真软件HFSS对结构进行模拟,利用散射参数(S参数)反推超材料的等效电磁参数,发现超材料结构具有两个负折射透射峰。接着我们分析了超材料结构在磁谐振频率处金属内表面的电流分布情况来验证磁谐振的产生原因。
(2)为了获得具有更好透射性和负折射性的左手材料,我们对左手材料结构参数进行了优化分析。
(3)基于经典的十字交叉(Cross)结构,我们优化双带负折射左手材料的结构参数,使得两负折射带靠近,直至相遇,得到一个具有较宽负折射带的左手材料。