利用电磁左手材料调控电磁波的极化反转-复旦大学物理教学实验中心

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1、利用电磁左手材料调控电磁波的偏振反转查扬汪人甫*俞熹（复旦大学，物理系上海邯郸路220号200433）摘要：通过各向异性的电磁介质板的反射，电磁波的偏振状态可以被任意地调节，在特定的条件下甚至可以完全反转.文中,作者在微波测量系统的基础上设计了一个测量偏振反转的实验，在特定的频率观测到了偏振反转的极大值.另外作者还提出了一个提高偏振反转率的方案并通过实验验证了其有效性.通过转移矩阵方法计算得到了偏振反转的理论结果并与实验结果进行了对比.关键词：电磁左手材料　各向异性偏振反转　7中图分类号：文献标识码：Ａ,文章编号:1000-071

2、2(2008).偏振是电磁波的一个很重要的性质，人们总希望可以完全调控电磁波的偏振状态.近年来出现的电磁左手材料，是一种人工制备的具有负介电收稿日期：2008-07-04基金项目：国家基础科学人才培养基金(NoJ0730310)作者简介：查扬（1987-7-7），男，复旦大学物理系本科在读。俞熹:email:whyx@fudan.edu.cn常数和磁导率的新型材料，具有许多奇异的电磁特性，如任意相位反射、反多普勒效应、完全光子带隙等ManipulatingandMeasuringPolarizationsConversionofE

3、lectromagneticwavebyAnisotropicMetamaterialsYangZhaRenfuWang*XiYu(Departmentofphysics,FudanUniversity,200433Shanghai)Abstract:Reflectedfromanisotropicmetamateiralslab,polarizationstatesofelectromagneticwavecanbemanipulatedwithgreatfreedom,andmayhavecompletepolarizatio

4、nconversionundercertainconditions.Inthispaperwepresentourdesigningandperformingofanexperimentaimedatmeasuringthepolarizationconversionofelectromagneticwave,basedonthelaboratory’smicrowavesystem.Weshowtheresultofourexperimentaswefoundconsiderablepolarizationconversiona

5、tcertainfrequencies.Wealsopurposedanewapproachtoenhancethepolarizationconversionratio(PCR)andhavetestifieditthroughexperiment.Numericalsimulationsareemployedtocomparewiththeexperimentalresult.KeyWords:MetamaterialAnisotropyPolarizationConversion.最新的研究已经证明，经过一块具有各向异性参数

6、的左手材料板的反射，电磁波偏振状态可以被任意地调节，在一定条件转到与原先完全垂直的方向，称为偏振反转.本文在微波测量实验系统的基础上，自行设计并搭建了一个测量电磁波偏振转变的实验装置，利用已有的各向异性左手介质板样品测量了微波波段电磁波的偏振反转率，然后又针对具体的实验条件，提出了一个对波源进行偏振化的改进方案，提高了电磁波在非远场的偏振反转率.1.偏振反转的理论模型偏振反转的物理原因我们可以通过一个简单的模型来理解：本实验中采用的各向异性的介质板可以看作一块有等效对角磁导率张量的介质共振频率分别为12.71GHz,6.8GHz.

7、=1，=1.设一束线偏振的电磁波入射到各向异性介质板表面，如图1(a),其电场分解为沿x,y轴的两个分量，，由于的各向异性，x,y方向的反射相位不同，当满足一定条件时，反射波为，特别地，当7频率（GHz）(d)频率（GHz）(c)图1(a)左手介质板和入射波的几何模型,(b)反射板的表面结构,(c)电磁波在x和y方向上的反射相位,(d)利用TMM计算的偏振反转率和频率的关系.时，反射波的偏振方向就与入射波完全垂直，电磁波的偏振被完全反转.我们利用FDTD模拟和转移矩阵方法（TMM）计算得出了x，y两个方向上的反射相位于频率的关系，

8、并计算了相应的偏振反转率（polarizationconversionratio,PCR），如图1(c)(d)可以看到在对应共振频率处，，相应的PCR达到了最大值.2.实验装置的设计和搭建(ExperimentalRealization)2.1微波