基于人工电磁材料的可调控电磁波非互易器件

电磁波非互易器件是调控电磁波信息传播的重要功能器件。当同一性质的电磁波沿着这类器件正向或者逆向传播时，会表现出不同的传输特性。这类器件可被应用于设计电磁波调控系统中的隔离器、环形器、吸收器、整流器等单向传输器件。近年来人工电磁材料的电磁参数可设计性使其在电磁学、光学等领域的应用中展现了诱人的前景。本项目提出基于人工电磁材料设计新型的可调控电磁波非互易器件，利用设计人工手性结构，使不同极化的电磁波沿器件正反向传播时，实现完全不同的透射性能。另一方面，通过优化设计，在器件结构中引入可调控的结构单元，实现非互易器件能够在多种工作状态之间进行调控切换，以应付不同应用的需求。本项目结合申请人近年来在人工电磁材料方面的研究工作，研究基于人工电磁材料的非互易器件的设计原理；研究在器件单元中引入调控手段的方法；设计器件的实现方案，最终研制原型验证器件，为人工电磁材料的开拓新的应用。

本项目研究了基于人工电磁材料的可调控电磁波非互易器件，研究围绕实现电磁波的非对称传输功能展开，从理论和实验上进入了深入的研究分析，提出了一系列针对线极化电磁波实现非对称传输的设计思路与实现方法，并在微波频段通过实验制备与测量进行了验证。研究内容主要包括：一，提出了一类只针对线极化电磁波具备非对称传输特性的人工手征电磁结构，并用双层开口谐振环结构进行了实验验证；另在此基础上设计了对线极化实现单向传输、以及具有双频段效果的非对称传输器件。二，提出了一种基于复合人工电磁材料的单向极化选择吸波器。该吸波器通过将一种90度极化转换器与一种极化选择吸收器复合到一起，实现了对线极化电磁波的非对称吸收。三、尝试在设计中引入可调控的手段，设计了反射相位360度可调谐的人工电磁超表面；并基于等效原理，设计能够对电磁波传播实现幅度和相位进行任意调控的人工电磁超表面。四、在场变换理论的基础上进一步研究电磁调控的相关机制，设计了一款广角宽带的极化转换器。上述提出的一系列器件均在微波段制成样品进行了了测量验证。相关的结果在Scientific Report、Phys. Rev. B、Applied Physics B和Journal of Electromagnetic Waves and Applications等杂志进行了发表。