超材料电磁响应非线性及计算机仿真方法研究

前苏联科学家Veselago于二十世纪六十年代从理论上提出并论证了介电常数和磁导率同时为负值的介质的电动力学性质,预告了这种介质具有一些与传统材料不同的特性,包括反多普勒效应、反切伦科夫效应、反Snell定律及由此产生的平板成像或称为完美透镜现象及凸透镜发散和凹透镜会聚、负光压效应等,从而为电磁超材料(Metamaterials)研究揭开了序幕。由于电磁超材料独具的特性及其十分广泛和潜在的应用前景,近十多年来,电磁超材料研究已经成为国际科学界的研究热点之一并不断取得令人惊喜的进展。目前,对于电磁超材料非线性特性的理论研究的深入与拓宽及光频超材料结构设计、制备技术、电磁参量响应波长向可见光的移动与展宽、计算机仿真技术的改进等都是该领域的研究热点。鉴于上述情况,本文重点研究了基于线环结构的电磁超材料电磁参量的非线性。其具体内容包括：计算了该种电磁超材料有效介电常数的非线性特性；依据该材料介电常数和磁导率随外场变化规律考察了该材料属性随外场强度的变化规律。研究结果表明：该种电磁超材料介电常数实部对外磁场的非线性响应具有回滞特性,且在一定的、不同的条件下,该种电磁超材料的性质可在常规材料、电单负材料及磁单负材料之间转换。此结果证明了Zharov的论文在假设条件下得出结论的正确性,同时也纠正了Zharov论文中由假设得到的结论的不完备性。此外,作者在攻读硕士学位期间还对电磁超材料的计算机仿真方法进行了一些研究工作,其结果反映在本文对双负介质中的负折射现象、完美透镜成像及电磁波在串联结构波导中的传输进行的计算机仿真结果的报告的章节中。这些仿真结果可对相关现象给出直观的、形象的图景。