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Voigt构型下磁场对微纳结构光谱辐射特性的调控

Voigt构型下磁场对微纳结构光谱辐射特性的调控

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作者：齐静波华中科技大学

学位级别：硕士

热辐射是基本的传热方式,实现热辐射在强度、光谱和方向等特性上的调控,对热管理、能源利用和信息传递等领域有重要应用。热辐射的本质是电磁波,微纳加工技术的成熟使得利用微纳结构支持的异常电磁响应来调制电磁波成为可能。磁光材料... 详细信息

热辐射是基本的传热方式,实现热辐射在强度、光谱和方向等特性上的调控,对热管理、能源利用和信息传递等领域有重要应用。热辐射的本质是电磁波,微纳加工技术的成熟使得利用微纳结构支持的异常电磁响应来调制电磁波成为可能。磁光材料作为主动调控手段之一,其电磁特性随磁场的变化而迅速改变,可以对辐射角度和光谱进行调制。非厄米PT(Parity-Time)对称光学通过改变损耗大小,可以对辐射方向进行调制。基于此,本文在小磁场的前提下,分别从异常电磁响应和PT对称理论出发,探讨了Voigt构型下的磁光效应在辐射特性调控中的作用机理。本文开展了以下工作:首先,设计了两种非金属亚波长光栅,通过激发导模共振和磁极化激元来增强磁光效应,实现了光谱辐射特性的动态调控。利用严格耦合波法和等效电路模型对仿真软件的模拟结果进行验证,并结合磁场强度分布图分析共振峰形成和移动的物理机制。研究发现,改变外加横向磁场的强度和旋转角度可以动态调控吸收峰的位置,基于导模共振的双窄带吸收器,在量级为0.1 T的磁场强度下就能获得较明显的调控效果。其次,将磁光效应与PT对称性结合起来,研究了不同入射条件下光子晶体的带隙和缺陷态对应的非对称反射谱和非互易透射谱,并且结合散射矩阵本征值分析了PT对称在不同相的辐射光谱,研究发现,改变磁场大小和介电常数虚部能实现角度调制和方向调制。此外,通过傅里叶级数展开确定了无源情况下光子晶体各层折射率虚部的取值,将PT对称的研究范围从增益/损耗平衡情况推广到了一般情况。结果表明,结构两侧的反射率对比度与波长和损耗系数同时相关,并且随着PT对称相变而变化,在奇异点处取最大值。

关键词：光谱辐射特性磁光效应 Voigt构型异常电磁响应 PT对称

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