人工表面等离激元色散调控及应用

作者: 王甲富

出版社: 龙门书局

出版时间: 2024-03

版次: 1

ISBN: 9787508864150

定价: 218.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 376页

字数: 500.000千字

分类: 自然科学

《人工表面等离激元色散调控及应用》在对人工表面等离激元的基本概念、电磁特性及研究现状进行扼要介绍的基础上，详细阐述了人工表面等离激元色散调控的基本原理及典型应用，具体包括人工表面等离激元的色散特性、激发手段、弱色散区调控、强色散区调控、强-弱色散区综合调控等，重点介绍了人工表面等离激元色散调控在多域电磁调制、电磁增透、电磁吸波、频率选择结构、小型化微波器件等方面的应用。目录

丛书序

前言

第1章　绪论1

1.1　表面等离激元1

1.1.1　基本概念1

1.1.2　色散特性2

1.1.3　奇偶模分析5

1.1.4　激发方式5

1.2　人工表面等离激元7

1.2.1　二维凹槽结构的本征模7

1.2.2　三维锯齿结构的本征模8

1.2.3　锯齿结构上的人工表面等离激元9

1.2.4　超表面激发的人工表面等离激元10

1.2.5　超材料与人工表面等离激元的关系11

1.2.6　人工表面等离激元的典型应用13

1.3　人工表面等离激元的色散特性及调控16

1.3.1　色散调控16

1.3.2　人工表面等离激元色散调控18

1.3.3　人工表面等离激元色散调控在隐身技术中的应用22

参考文献22

第2章　人工表面等离激元的基础理论与研究方法34

2.1　人工表面等离激元的基础理论34

2.1.1　传播方程34

2.1.2　场分布39

2.1.3　幅值和相位特性40

2.1.4　群速特性42

2.1.5　损耗特性43

2.2　典型人工表面等离激元结构43

2.2.1　金属短线的电偶极子模型43

2.2.2　锯齿结构的色散特性及调控46

2.2.3　鱼骨结构50

2.2.4　鱼骨结构的传输特性53

2.3　人工表面等离激元的仿真与实验方法56

2.3.1　仿真方法56

2.3.2　实验方法57

参考文献58

第3章　基于人工表面等离激元弱色散区调控的消色差器件60

3.1　消色差异常反射60

3.1.1　消色差色散条件60

3.1.2　SSPP结构设计与色散调控62

3.1.3　仿真验证64

3.1.4　实验验证66

3.2　消色差波束调控67

3.2.1　消色差色散条件68

3.2.2　结构设计与色散调控69

3.2.3　仿真验证71

3.2.4　实验验证73

3.3　消色差平板聚焦74

3.3.1　消色差平板聚焦色散条件75

3.3.2　一维平板聚焦透镜设计与实验验证76

3.3.3　二维平板聚焦透镜设计与实验验证80

3.4　本章小结87

参考文献87

第4章　基于人工表面等离激元弱色散区调控的电磁增透技术88

4.1　基于界面局域场调制的SSPP电磁增透结构88

4.1.1　基于SSPP局域场调制的增透原理88

4.1.2　SSPP增透结构设计91

4.2　SSPP增透夹芯结构95

4.2.1　设计原理95

4.2.2　结构设计及仿真98

4.2.3　样品加工及实验验证103

4.3　SSPP增透栅格结构106

4.3.1　金属方孔蜂窝传输特性107

4.3.2　增透结构设计及机理108

4.3.3　样品加工及实验验证113

4.4　本章小结115

参考文献115

第5章　基于人工表面等离激元弱色散区调控的电磁调制器件117

5.1　波前调制117

5.1.1　人工表面等离激元结构单元117

5.1.2　仿真验证119

5.1.3　实验验证122

5.2　极化调控124

5.2.1　极化转换器件设计124

5.2.2　仿真与实验126

5.2.3　性能分析127

5.3　多极化调制130

5.3.1　多极化转换器件设计130

5.3.2　性能分析133

5.3.3　仿真与实验134

5.4　非对称传输136

5.4.1　非对称传输设计与仿真分析136

5.4.2　实验验证139

5.5　准连续几何相位调制140

5.5.1　准连续的线性几何相位140

5.5.2　几何相位调制器件设计143

5.5.3　仿真分析145

5.5.4　实验验证146

5.6　幅值调制149

5.6.1　旁瓣抑制的理论分析149

5.6.2　幅值调制器件设计150

5.6.3　仿真分析153

5.6.4　实验验证153

5.7　本章小结155

参考文献155

第6章　基于人工表面等离激元色散调控的小型化微波器件157

6.1　基于人工表面等离激元弱色散区调控的小型化环行器157

6.1.1　人工表面等离激元传输线157

6.1.2　环行器设计159

6.1.3　仿真和结果分析161

6.1.4　环行器加工测试及结果分析162

6.2　基于人工表面等离激元弱色散区调控的宽带环行器165

6.2.1　设计原理165

6.2.2　宽带环行器设计166

6.2.3　仿真和结果分析168

6.2.4　环行器加工测试以及结果分析169

6.3　基于人工表面等离激元强-弱色散区综合调控的小型化滤波器172

6.3.1　矩形波导的传播模式172

6.3.2　SSPP传输线174

6.3.3　馈电结构设计176

6.3.4　滤波器设计180

6.3.5　仿真和实验验证182

6.4　本章小结184

参考文献185

第7章　基于人工表面等离激元强色散区调控的吸波结构186

7.1　直线型SSPP吸波结构186

7.1.1　吸波机理分析186

7.1.2　波矢匹配设计188

7.1.3　吸波栅格结构190

7.1.4　吸波点阵结构191

7.2　直线型SSPP吸波结构优化方法195

7.2.1　优化流程195

7.2.2　优化设计196

7.2.3　实验验证200

7.3　折线型SSPP吸波结构201

7.3.1　结构设计和色散特性202

7.3.2　宽带吸波结构204

7.3.3　双带吸波结构210

7.3.4　实验验证211

7.3.5　低频吸波性能拓展212

7.4　斜线型SSPP吸波结构213

7.4.1　结构设计和色散特性213

7.4.2　宽带吸波结构215

7.4.3　双带吸波结构218

7.4.4　实验验证219

7.4.5　低频吸波性能拓展220

7.5　交错型SSPP吸波结构221

7.5.1　结构设计和色散特性222

7.5.2　增强型宽带吸波结构224

7.5.3　实验验证225

7.5.4　低频吸波性能拓展226

7.6　水平折线SSPP吸波结构227

7.6.1　宽带吸波原理分析227

7.6.2　超宽带吸波结构232

7.6.3　实验验证235

7.7　垂直折线SSPP吸波结构237

7.7.1　宽带吸波原理分析237

7.7.2　超宽带吸波结构241

7.7.3　实验验证243

7.8　组合垂直折线SSPP吸波结构244

7.8.1　宽带吸波原理分析245

7.8.2　超宽带吸波结构248

7.8.3　实验验证251

7.9　三维折线SSPP吸波结构253

7.9.1　宽带吸波原理分析253

7.9.2　超宽带吸波结构256

7.9.3　实验验证260

7.10　SSPP结构与超材料复合的吸波材料261

7.10.1　吸波结构设计261

7.10.2　仿真分析264

7.10.3　实验验证265

7.11　SSPP结构与磁性材料复合的吸波材料266

7.11.1　吸波结构设计267

7.11.2　仿真分析270

7.11.3　实验验证272

7.12　碳纤维SSPP吸波结构273

7.12.1　设计原理273

7.12.2　结构设计及仿真278

7.12.3　样品加工及测试283

7.13　本章小结288

参考文献288

第8章　基于人工表面等离激元强-弱色散区综合调控的频率选择结构291

8.1　低通高阻频率选择结构291

8.1.1　原理分析291

8.1.2　仿真分析293

8.1.3　实验验证297

8.2　多通带频率选择结构298

8.2.1　双通带频率选择结构298

8.2.2　三通带频率选择结构303

8.3　吸透一体化频率选择结构307

8.3.1　结构设计与工作原理307

8.3.2　仿真与实验验证309

8.4　散透一体化频率选择结构313

8.4.1　散透一体化频率选择结构设计314

8.4.2　原理分析315

8.4.3　仿真与实验验证316

8.5　点阵型吸-透一体化频率选择结构323

8.5.1　设计思路323

8.5.2　带内透射型吸-透一体化频率选择结构326

8.5.3　带内-带外双带透射型吸-透一体化频率选择结构328

8.6　吸-透一体化波纹通道夹心结构334

8.6.1　结构设计及仿真334

8.6.2　吸-透机理分析337

8.6.3　样品加工及实验验证340

8.7　本章小结346

参考文献346

第9章　基于人工表面等离激元强色散区调控的时域波形调制结构348

9.1　强色散介质的时域波形调制特性348

9.1.1　群速色散介质348

9.1.2　群速色散对时域波形的调制350

9.1.3　色散与吸收的关系351

9.2　基于电诱导人工表面等离激元的波形调制结构352

9.2.1　色散特性352

9.2.2　耦合效率354

9.2.3　波形调制结构356

9.2.4　结构参数对调制带宽、效率的影响357

9.2.5　实验验证359

9.3　基于磁诱导人工表面等离激元的波形调制结构361

9.3.1　色散特性361

9.3.2　群延迟时间与MSSPP波矢的关系362

9.3.3　波形调制结构设计364

9.3.4　实验验证366

9.4　基于人工表面等离激元的反射型波形调制结构368

9.4.1　色散特性368

9.4.2　反射型波形调制结构设计369

9.5　本章小结371

参考文献372

索引374
内容简介:
《人工表面等离激元色散调控及应用》在对人工表面等离激元的基本概念、电磁特性及研究现状进行扼要介绍的基础上，详细阐述了人工表面等离激元色散调控的基本原理及典型应用，具体包括人工表面等离激元的色散特性、激发手段、弱色散区调控、强色散区调控、强-弱色散区综合调控等，重点介绍了人工表面等离激元色散调控在多域电磁调制、电磁增透、电磁吸波、频率选择结构、小型化微波器件等方面的应用。
目录:
目录

丛书序

前言

第1章　绪论1

1.1　表面等离激元1

1.1.1　基本概念1

1.1.2　色散特性2

1.1.3　奇偶模分析5

1.1.4　激发方式5

1.2　人工表面等离激元7

1.2.1　二维凹槽结构的本征模7

1.2.2　三维锯齿结构的本征模8

1.2.3　锯齿结构上的人工表面等离激元9

1.2.4　超表面激发的人工表面等离激元10

1.2.5　超材料与人工表面等离激元的关系11

1.2.6　人工表面等离激元的典型应用13

1.3　人工表面等离激元的色散特性及调控16

1.3.1　色散调控16

1.3.2　人工表面等离激元色散调控18

1.3.3　人工表面等离激元色散调控在隐身技术中的应用22

参考文献22

第2章　人工表面等离激元的基础理论与研究方法34

2.1　人工表面等离激元的基础理论34

2.1.1　传播方程34

2.1.2　场分布39

2.1.3　幅值和相位特性40

2.1.4　群速特性42

2.1.5　损耗特性43

2.2　典型人工表面等离激元结构43

2.2.1　金属短线的电偶极子模型43

2.2.2　锯齿结构的色散特性及调控46

2.2.3　鱼骨结构50

2.2.4　鱼骨结构的传输特性53

2.3　人工表面等离激元的仿真与实验方法56

2.3.1　仿真方法56

2.3.2　实验方法57

参考文献58

第3章　基于人工表面等离激元弱色散区调控的消色差器件60

3.1　消色差异常反射60

3.1.1　消色差色散条件60

3.1.2　SSPP结构设计与色散调控62

3.1.3　仿真验证64

3.1.4　实验验证66

3.2　消色差波束调控67

3.2.1　消色差色散条件68

3.2.2　结构设计与色散调控69

3.2.3　仿真验证71

3.2.4　实验验证73

3.3　消色差平板聚焦74

3.3.1　消色差平板聚焦色散条件75

3.3.2　一维平板聚焦透镜设计与实验验证76

3.3.3　二维平板聚焦透镜设计与实验验证80

3.4　本章小结87

参考文献87

第4章　基于人工表面等离激元弱色散区调控的电磁增透技术88

4.1　基于界面局域场调制的SSPP电磁增透结构88

4.1.1　基于SSPP局域场调制的增透原理88

4.1.2　SSPP增透结构设计91

4.2　SSPP增透夹芯结构95

4.2.1　设计原理95

4.2.2　结构设计及仿真98

4.2.3　样品加工及实验验证103

4.3　SSPP增透栅格结构106

4.3.1　金属方孔蜂窝传输特性107

4.3.2　增透结构设计及机理108

4.3.3　样品加工及实验验证113

4.4　本章小结115

参考文献115

第5章　基于人工表面等离激元弱色散区调控的电磁调制器件117

5.1　波前调制117

5.1.1　人工表面等离激元结构单元117

5.1.2　仿真验证119

5.1.3　实验验证122

5.2　极化调控124

5.2.1　极化转换器件设计124

5.2.2　仿真与实验126

5.2.3　性能分析127

5.3　多极化调制130

5.3.1　多极化转换器件设计130

5.3.2　性能分析133

5.3.3　仿真与实验134

5.4　非对称传输136

5.4.1　非对称传输设计与仿真分析136

5.4.2　实验验证139

5.5　准连续几何相位调制140

5.5.1　准连续的线性几何相位140

5.5.2　几何相位调制器件设计143

5.5.3　仿真分析145

5.5.4　实验验证146

5.6　幅值调制149

5.6.1　旁瓣抑制的理论分析149

5.6.2　幅值调制器件设计150

5.6.3　仿真分析153

5.6.4　实验验证153

5.7　本章小结155

参考文献155

第6章　基于人工表面等离激元色散调控的小型化微波器件157

6.1　基于人工表面等离激元弱色散区调控的小型化环行器157

6.1.1　人工表面等离激元传输线157

6.1.2　环行器设计159

6.1.3　仿真和结果分析161

6.1.4　环行器加工测试及结果分析162

6.2　基于人工表面等离激元弱色散区调控的宽带环行器165

6.2.1　设计原理165

6.2.2　宽带环行器设计166

6.2.3　仿真和结果分析168

6.2.4　环行器加工测试以及结果分析169

6.3　基于人工表面等离激元强-弱色散区综合调控的小型化滤波器172

6.3.1　矩形波导的传播模式172

6.3.2　SSPP传输线174

6.3.3　馈电结构设计176

6.3.4　滤波器设计180

6.3.5　仿真和实验验证182

6.4　本章小结184

参考文献185

第7章　基于人工表面等离激元强色散区调控的吸波结构186

7.1　直线型SSPP吸波结构186

7.1.1　吸波机理分析186

7.1.2　波矢匹配设计188

7.1.3　吸波栅格结构190

7.1.4　吸波点阵结构191

7.2　直线型SSPP吸波结构优化方法195

7.2.1　优化流程195

7.2.2　优化设计196

7.2.3　实验验证200

7.3　折线型SSPP吸波结构201

7.3.1　结构设计和色散特性202

7.3.2　宽带吸波结构204

7.3.3　双带吸波结构210

7.3.4　实验验证211

7.3.5　低频吸波性能拓展212

7.4　斜线型SSPP吸波结构213

7.4.1　结构设计和色散特性213

7.4.2　宽带吸波结构215

7.4.3　双带吸波结构218

7.4.4　实验验证219

7.4.5　低频吸波性能拓展220

7.5　交错型SSPP吸波结构221

7.5.1　结构设计和色散特性222

7.5.2　增强型宽带吸波结构224

7.5.3　实验验证225

7.5.4　低频吸波性能拓展226

7.6　水平折线SSPP吸波结构227

7.6.1　宽带吸波原理分析227

7.6.2　超宽带吸波结构232

7.6.3　实验验证235

7.7　垂直折线SSPP吸波结构237

7.7.1　宽带吸波原理分析237

7.7.2　超宽带吸波结构241

7.7.3　实验验证243

7.8　组合垂直折线SSPP吸波结构244

7.8.1　宽带吸波原理分析245

7.8.2　超宽带吸波结构248

7.8.3　实验验证251

7.9　三维折线SSPP吸波结构253

7.9.1　宽带吸波原理分析253

7.9.2　超宽带吸波结构256

7.9.3　实验验证260

7.10　SSPP结构与超材料复合的吸波材料261

7.10.1　吸波结构设计261

7.10.2　仿真分析264

7.10.3　实验验证265

7.11　SSPP结构与磁性材料复合的吸波材料266

7.11.1　吸波结构设计267

7.11.2　仿真分析270

7.11.3　实验验证272

7.12　碳纤维SSPP吸波结构273

7.12.1　设计原理273

7.12.2　结构设计及仿真278

7.12.3　样品加工及测试283

7.13　本章小结288

参考文献288

第8章　基于人工表面等离激元强-弱色散区综合调控的频率选择结构291

8.1　低通高阻频率选择结构291

8.1.1　原理分析291

8.1.2　仿真分析293

8.1.3　实验验证297

8.2　多通带频率选择结构298

8.2.1　双通带频率选择结构298

8.2.2　三通带频率选择结构303

8.3　吸透一体化频率选择结构307

8.3.1　结构设计与工作原理307

8.3.2　仿真与实验验证309

8.4　散透一体化频率选择结构313

8.4.1　散透一体化频率选择结构设计314

8.4.2　原理分析315

8.4.3　仿真与实验验证316

8.5　点阵型吸-透一体化频率选择结构323

8.5.1　设计思路323

8.5.2　带内透射型吸-透一体化频率选择结构326

8.5.3　带内-带外双带透射型吸-透一体化频率选择结构328

8.6　吸-透一体化波纹通道夹心结构334

8.6.1　结构设计及仿真334

8.6.2　吸-透机理分析337

8.6.3　样品加工及实验验证340

8.7　本章小结346

参考文献346

第9章　基于人工表面等离激元强色散区调控的时域波形调制结构348

9.1　强色散介质的时域波形调制特性348

9.1.1　群速色散介质348

9.1.2　群速色散对时域波形的调制350

9.1.3　色散与吸收的关系351

9.2　基于电诱导人工表面等离激元的波形调制结构352

9.2.1　色散特性352

9.2.2　耦合效率354

9.2.3　波形调制结构356

9.2.4　结构参数对调制带宽、效率的影响357

9.2.5　实验验证359

9.3　基于磁诱导人工表面等离激元的波形调制结构361

9.3.1　色散特性361

9.3.2　群延迟时间与MSSPP波矢的关系362

9.3.3　波形调制结构设计364

9.3.4　实验验证366

9.4　基于人工表面等离激元的反射型波形调制结构368

9.4.1　色散特性368

9.4.2　反射型波形调制结构设计369

9.5　本章小结371

参考文献372

索引374

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