手征特异复合材料的电磁特性及光调制效应研究

基本信息
批准号:11604163
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:黄艳艳
学科分类:
依托单位:南通大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:傅怀梁,于忠卫,赵敬龙,李诚迪
关键词:
慢光效应光波导负折射率材料手征特异材料
结项摘要

The chrial metamaterial (CMM) is a simple and efficient way to realize the metamaterial with negative refractive index in optical frequency, which has a broader application prospects in the fields of communication, optics, material science and so on. Meanwhile, to obtain a wider spectrum and better frequency tunability is a hot spot in studying the slow light effect in the optical waveguide with metamaterial. This project will focus on the theoretical research of electromagnetic properties and light modulation effect in the composites with CMM. Firstly, a multi-layered composite material containing CMM will be constructed. With the aid of the transfer matrix method, the modulation of optical properties such as the broadband positive and negative effective refractive index, total transmission and total reflection will be studied by discussing the influence of the geometric structure and physical parameters of the component material. Then based on the angular spectrum representation, we will investigate the enhanced beam shifts with positive or negative values and the transition between them in the composite structure. We take one step forward to establish the relationship between the total power flow and the lateral shifts of beams in the waveguide containing the composite with CMM, and by finite element simulation we will discuss how to effectively control the group velocity of light wave of different frequency bands. The optimally physical parameters in slowing, trapping and releasing the light signal will be obtained. Our study will provide theoretical support for the designation and application of the chiral metamaterial in new materials and optical storage devices.

手征特异材料(chiral metamaterial)是实现光频段左手材料的简单而高效的途径,在通信、光学、材料学等领域有着更为广泛的应用前景。而获得更宽的频谱范围及更好的频率可调性又是当前特异材料慢光效应中的研究热点。因此,本项目将对手征特异复合材料的电磁特性及光调制效应进行深入的研究。首先构建含有手征特异材料的多层复合体系,推广转移矩阵法,探讨组分材料的几何结构、物理参数,对实现宽频带的正负有效折射率、全透或全反等光学特性的调控。然后利用角谱表象理论,研究负折射的手征特异复合材料中极化光束偏移的正负增强和正负位移间的转换。再进一步研究手征特异复合材料光波导中总能流与光束偏移的关系,并利用有限元电磁仿真模拟,探讨不同频段光波群速度的有效控制问题,获得光信号缓慢、捕获和释放的优化物理参数。我们的研究将为手征特异材料在新型材料和光学存储器件中的研制和应用提供理论支持。

项目摘要

手征特异材料(chiral metamaterials)作为一种简单而高效的实现光频段左手材料的途径,因其独特的结构特点及光学性质而成为当前国际上的研究热点。在实现完美透镜、偏振转换器、极化光束的分离器及实现慢光效应光波导等光学器件方面存在着潜在的应用前景。在本项目中,我们重点研究了手征特异复合材料的电磁特性和光束偏移效应。我们基于稳态相位法,研究了两种各向异性特异材料的电磁特性及光束偏移效应,探讨了材料的物理参数对各向异性特异材料的折射率以及反射光束侧向偏移的影响。基于推广的传输矩阵法,研究了含有色散手征特异材料的复合结构的电磁特性。探讨组分材料的几何结构、物理参数对实现多个宽频带宽角度透射增强等光学特性的调控。并利用稳态相位法,对含有损耗和增益的手征复合层状结构中的极化光束的偏移效应开展了研究,分析光束偏移效应的增强和正负转换对结构参数,入射频率等的依赖关系。利用非平衡格林函数方法,对基于单层石墨的类STM模型器件中的光辅助隧穿和带有侧向耦合双量子点AB环中的光辅助输运展开了研究,分析了光场、交变场对光辅助隧穿的影响。我们获得了手征特异材料的复合结构中多频带、宽角度极化波透射增强的实现和调控方法以及极化光束偏移的正负增强及其转换条件。研究结果为新型的复合特异材料的设计和潜在应用提供理论依据。同时通过外场来调节低维系统中光辅助输运的研究,对光电器件的制造也具有理论指导意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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