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文献综述
Q因子又称品质因子,Q因子较高的振子在共振时,在共振频率附近的振幅较大,但会产生的共振的频率范围比较小,此频率范围可以称为带宽。超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。 超表面可视为超材料的二维对应。而超材料指的是一类具有特殊性质的人造材料。研究发现,利用超表面人们可实现高Q共振效应。以下是我所搜寻的相关文献并撰写的文献综述:
构造超表面的结构不对称性,这提供了一种高Q的实现方法。文献【1】研究对称性破缺的矩形孔二聚体中的束缚模共振。该系统由全金属超表面组成,并在微波频带内工作,从而避免或减少了电介质基板和金属的吸收损耗。在外部电磁波场下,可以在两个不对称孔中形成反相偶极子模式,从而抑制了系统的辐射损耗。非对称孔的陷波共振伴随着小范围的透射率下降,较窄的反射峰和较高的Q因子。通过使用激光切割方法,制造了不对称结构。并通过实验观察到上述现象。
文献【2】研究了具有两个穿孔超表面的高Q共振的激发、开关和动态调谐。在基于超表面的电磁感应的透明效应中,亮模式可以激发暗模式,并且它们之间的耦合会创建一个狭窄的透明窗口。在此系统中,两个亮模式将激发第三种模式(未被入射波激发),并且由于电磁耦合的不对称性,两个亮模式从平行偶极状切换为反平行状。能量被捕获在空穴二聚体中。类似地,该效应可以被称为电磁感应俘获效应或电磁感应高Q共振。
尽管超常材料已经实现了新颖的电磁特性,但某些自然材料很难实现,但是实时动态控制这些响应的能力将提供显着的优势,使超常材料能够转变为最新的设备。过去的几年中,可调谐超材料已经成为一项重要的发展,可以实时调整各种电磁响应。尽管在太赫兹频率范围和较低的频率中已经进行了很多工作,但在红外范围内的成功有限。
文献【4】中通过将超材料制造为微机电系统(MEMS)可以实现机械驱动的调谐。通过实验实现了一种电可调谐MEMS超材料,该材料可有效控制中红外波长范围内的辐射。超材料由载体衬底上金属接地平面上方的悬浮金属介电元件阵列组成。在金属超材料阵列和底部接地平面层之间施加的电压允许调整它们之间的距离,从而极大地改变了电磁性能。该设备以反射模式工作,并在6.2μm的波长下通过实验证明其具有56%的调制指数的红外反射率。
文献【5】利用相干波与空间调制波阵面的相互作用来控制有损超表面上的光-质相互作用,以执行基本的全光学计算。在超表面处的相长干涉导致增强的光-质相互作用并因此增强了吸收,而相消干涉则抑制了光与吸收物质的相互作用。二维相干控制为动态控制亚表面厚度和亚波长厚度的薄膜的许多特性的表达提供了一种实用的解决方案,例如,控制整个电磁频谱中电磁波的强度,传播方向和极化。
文献【6】介绍了一种高Q值核磁共振平面微线圈的制作,采用了SU-8光刻胶掩模与直流铜电镀工艺, 与国内外其他平面微线圈测量结果相比, 所制线圈品质因数值较高。此文献提出了一种用于制作高Q值无线传能线圈的新导线结构。在铜芯与外包绝缘层之间增加铁和镍2种介质,形成加强型镀磁导线。在高频交流的情况下,由于集肤效应和邻近效应产生的欧姆损耗相对有较大幅度的减小。对导线结构的重新设计使得导线构成的线圈自感在高频下会减小,综合考虑电阻和自感的变化情况,相对Q值仍然会有大提升。此文献进一步利用仿真分析了不同频率下磁场强度的在线圈内部的分布情况,结果表明改进的导线结构构成的线圈在高频下对提升磁场强度有较大的作用。因此,使用这种结构的导线制成共振磁耦合线圈,能够传输更大的功率【7】。
未来的人造介质具有对超分子的形状和位置的动随机访问控制,将提供对光传播的任意控制。这种可重新配置的超材料的简单示例是具有亚波长线间距的纳米线网格超表面。这篇文献通过计算证明了这种具有单独控制的导线位置的元设备可以用作动衍射光栅,光束控制模块和可聚焦元件。这篇文献报告了这种纳米线网格超表面的纳米膜实现,该超表面是由可单独寻址的等离子V形V形纳米线构成的,截面为230nm100nm,由金和氮化硅组成。元设备的有源结构由15条纳米线组成,每条线长18μm,是通过电子束光刻和离子束铣削相结合而制成的。它被封装为微芯片设备,其中纳米线可以通过差动热膨胀通过控制电流单独启动【8】。
文献【9】首次提出一种椭圆差分共振光声腔,通过理论推导和COMOL仿真对其声学特性进行了研究。研究结果表明,当椭圆平面混合模态短轴方向存在奇数条角向波节时,长轴两端声压相位反相,能够实现差分检测。这类模态在椭圆焦点附近激发效果最好,并具有较高的Q值和共振频率。高Q值和差分特性能够有效地增强光声信号;通过共振选频作用和高频处检测有益于进一步降低噪声,使得差分检测时由于传声器性能不匹配以及噪声通道复杂而产生的非共模噪声进一步减小,提高系统信噪比。
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