基于人工电磁表面的左手力矩的研究.pdf

《基于人工电磁表面的左手力矩的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文基于人工电磁表面的左手力矩的研究RESEARCHONLEFT-HANDTORQUEBASEDONMETASURFACE蔡欣伦哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O442学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于人工电磁表面的左手力矩的研究硕士研究生：蔡欣伦导师：吴群教授申请学位：工学硕士学科：电磁场与微波技术所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O442U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreei

2、nEngineeringRESEARCHONLEFT-HANDTORQUEBASEDONMETASURFACECandidate：CaiXinlunSupervisor：Prof.WuQunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyAffiliation：SchoolofElectronicsandInfomationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferr

3、ing-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要自从光镊技术发明以来，光学操控在原子物理、光学和生物科学等科学领域有着广泛应用。伴随着纳米技术的飞速发展，光学操控在亚波长和纳米尺寸微粒的应用取得了显著进步。利用光力可以实现光学俘获、光学束缚、光学选矿和光传输等功能。在过去的十年中，已经提出了诸多光束和纳米级器件，以越来越精确、稳定和灵活的方式机械地作用于纳米颗粒。对光学力的研究有助于揭示光相互作用的本质，在各种科学领域和日常生活中具有相当大的潜在应用。光致旋转是光学操控的一个重要研究方向，本

4、文通过人工电磁表面结构实现光致旋转，设计应用于近红外、可见光和微波波段的人工电磁表面，对光学力矩进行计算分析，实现满足左手效应的力矩现象。首先，本文对光致旋转的实现进行分析，利用光子的线性动量、自旋角动量和轨道角动量可产生光学力矩，给出用Maxwell应力张量对光学力矩的计算方法。通过对人工电磁表面相关理论的介绍，提出基于人工电磁表面的左手力矩理论，给出左手力矩的实现方法。本文提出电介质结构和双层开口金属环结构人工电磁表面，分析相位突变单元的设计原理，设计出应用于近红外、可见光和微波波段的半波片单元结构，能够将圆极化入射波转换为其交叉极化。利用单元结构的空间排布

5、，构造产生不同轨道角动量涡旋波束的人工电磁表面。最后，通过仿真计算空间电磁场的分布，利用Maxwell应力张量计算得出光学力矩的数值。仿真结果表明，不同轨道角动量数下的光学力矩呈线性关系，与理论分析吻合，完成基于人工电磁表面的左手力矩实现。本文为左手力矩的产生提供重要的理论依据，为光致旋转领域的进一步发展做出贡献。关键词：左手力矩；光致旋转；人工电磁表面；涡旋波束；轨道角动量-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSincetheinventionofopticaltweezers,opticalmanipulationhasbeenwidelyus

6、edinvariousscientificareas,suchasatomicphysics,opticsandbiologicalscience.Withtherapidprogressofnanotechnology,opticalmanipulationhasmadesignificantprogressintheapplicationofsubwavelengthandnano-sizedparticles.Opticalforcecanbeusedtoachieveopticalbinding,trappingandsorting.thestudyof

7、opticalforceshelpsrevealthenatureoflightinteractions,whichprovidesconsiderablepotentialapplicationsinavarietyofscientificfieldsandeverydaylife.Opticalrotationisanimportantresearchdirectionofopticalmanipulation.Inthispaper,opticalrotationrealizedbymetasurfacesisproposed,whichisdesigne

8、dtoapplyinne