【摘 要】
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负折射率材料是指介电常数和磁导率同时为负的人工合成材料。电磁波在这种介质中传播时将显现出与通常介质不同的各种逆向或反向效应,如负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射等等。负折射率材料的发现是当前物理与电磁学研究领域中的前沿与热点问题。由于负折射率材料的应用需要以电磁波的理论为基础,而负折射率材料现在还基本上处于初期研究的阶段,所以尽快地了解电磁波在各种负折射率波导中的传输特性,能够对负折射率材料
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负折射率材料是指介电常数和磁导率同时为负的人工合成材料。电磁波在这种介质中传播时将显现出与通常介质不同的各种逆向或反向效应,如负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射等等。负折射率材料的发现是当前物理与电磁学研究领域中的前沿与热点问题。由于负折射率材料的应用需要以电磁波的理论为基础,而负折射率材料现在还基本上处于初期研究的阶段,所以尽快地了解电磁波在各种负折射率波导中的传输特性,能够对负折射率材料加快应用于国民经济打下坚实的理论基础。
论文首先对负折射率材料的理论和实验研究工作及其主要应用领域作了简述,总结了一般负折射率材料波导中电磁波传播的基本性质,然后扼要概述了手征负折射率材料波导的一些基本理论和研究现状,对手征负折射率材料和手征负折射率材料的可能应用做了阐述。
本论文从从理论上研究了电磁波在各种不同结构的负折射率材料波导中的传播情况,包括电磁波在负折射对称和非对称平板波导、金属衬底负折射平板波导和负折射圆波导中传播情况。在几种不同的结构中,根据TE和TM波的场方程和边界条件,分别列出模式场解和模式特征方程。分析各个TE和TM波从高阶到低阶出现的条件,将其与常规波导相比较,得出了电磁波传播的特性。根据数值计算方法分析它们的特性,画出在给定各种波导各参数时的色散图。然后还分析各种不同的导波模在波导中的传输功率与平板厚度之间的关系。分析还发现在负折射率材料波导中存在表面波模。最后根据Poyting矢量得出各种模式在波导中传播时的功率分布和归一化功率。通过给定波导参数,可以得出各种导波模式下的归一化平均能流分布,发现在负折射率材料波导中,在负折射率材料中所传播的功率为负,而在常规介质上所传播的功率为正,并且在负折射率材料波导中传播的总功率的大小由波导参数和电磁波的频率所决定。
论文还对手征负折射材料波导的各种结构的电磁特性进行理论研究,包括:对称平板波导、金属衬底平板波导、平行板平板波导。论文首先给出了电磁波在手征材料中传播的一般规律,根据本构关系和麦克斯韦方程得出各场分量之间的关系。然后根据不同的波导结构推导出纵向场分量的表达式,根据不同波导的边界条件,可以得到不同结构下电磁波的特征方程,然后根据特征方程,分析电磁波在手征负折射率材料波导中的传播特性。发现在手征负折射率材料波导中,也存在着如同负折射率材料波导中的表面波模。最后对电磁波在手征负折射波导中的功率流和总功率进行了分析。
最后是本论文的结论,总结了全文的研究成果,同时指出本研究存在的不足和需进一步研究之处。
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