基于全介质超材料的波前控制器件

华亚南

（上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

引 言

随着科学技术的发展，电磁波控制的研究变得越来越重要。电磁波控制在成像[1]、隐身技术[2]、通信技术[3]、电磁诱导透明[4-5]等方面有着广阔的研究和应用前景。其中，梯度折射率器件[6]在控制电磁波传播方面显示出了强大的功能并引起了人们的重视，国内外很多研究学者加入到了波前控制器件的研究当中，其电磁波控制机理是基于电磁波与具有空间渐变折射率的介质之间相互作用产生的相位差。超材料是具有任意的介电常数的电磁材料，可以通过设计特定的形状来调制电磁波的相位和振幅，被认为是控制电磁波的理想设备。在早期的研究工作中，转换光学（transformation optics, TO）[7]和超材料提供了一种新型控制电磁场的方法，研究者在此基础上提出了许多新颖的设计，包括正方体挖孔结构[8]、增透结构[9]、方块结构[10]等，可以实现电磁波的转向、汇聚等功能。微波超材料在军事和国防领域具有重要研究意义，将这些思路应用到微波器件的设计上面可以使其满足更多应用场景的需求。同时，随着3D打印技术的发展，利用3D打印快速成型的优势会给超材料器件的制备带来诸多便捷[9]，将全介质材料应用到超材料的设计中可以减少成本、降低损耗，进而将全介质超材料的研究推向一个新的高度。因此，本文设计了一系列基于全介质超材料的波前控制器件，旨在控制电磁波的偏转、汇聚等。这些器件制备简单、成本低廉，可以为全介质超材料带来更多的应用场景，如开关器、成像系统。……