电磁波在回旋介质中传播特性的研究

摘要

随着电磁波研究领域的不断发展，对各种材料的电磁特性的研究已经成为热点。本文主要研究了电磁波在旋电介质和旋磁介质这两种回旋介质中的传播特性以及其中的特殊物理现象。其中以旋电介质作为主要研究对象，着重分析了电磁波在旋电介质典型结构中的传播特性。
　　首先，依据时谐场的麦克斯韦方程，分别推导了旋电介质和旋磁介质的本构关系以及各参数的理论值。通过张量形式的本构参数说明了二者的电磁特性，并依据本构关系推导出了回旋介质的色散方程。
　　然后，依据电场、磁场的分布情况和分界面的边界条件，针对两种入射情况，分别推导了单一界面旋电介质典型结构的反射与透射特性。发现电磁波从各向同性介质入射与从旋电介质入射的这两种情况下，分界面处的反射与透射特性存在差异。此外，本文首次对法拉第结构进行了推导，计算了反射与透射系数，并通过COMSOL数值计算，验证了推导的正确性。
　　接着，进一步分析电磁波在双界面即旋电介质条中的传播特性。分别计算了旋电介质Voigt结构中TM与TE波的导行条件，以及基于Ⅰ型波与Ⅱ型波的垂直结构中的导行条件，发现在该结构下，反射波与入射波虽有不同的旋转方向但却有相同的椭圆率。
　　最后，本文计算了电磁波在传播过程出现的Goos-H(a)nchen和Imbert-Fedorov效应。推导了旋电介质Voigt结构下分界面处的GH侧位移公式，得出外加磁场的引入将影响分界面处的GH效应，使得无论是全反射还是非全反射时都存在GH侧位移。并通过MATLAB数值分析得到了各参数变化对它的影响，同时利用COMSOL仿真定性地模拟了相应的物理情形。另外，根据IF侧位移产生的机理，理论推导并图示了旋电介质在交界面处的IF横向位移的表达式。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现况

1．3 课题意义及主要研究方法

2 电磁波在回旋介质中的传播

2．1 旋电介质的基本特性

2．1．1 旋电介质本构关系的理论推导

2．1．2 旋电介质色散关系的推导

2．2 旋磁介质的基本特性

2．2．1 旋磁介质本构关系的理论推导

2．2．2 旋磁介质色散关系的推导

2．3 本章小结

3 单一界面的反射与透射

3．1 Voigt结构下旋电介质中的两种波

3．1．1 横磁波(TM波)的色散方程

3．1．2 横电波(TE波)的色散方程

3．2 Voigt结构下旋电介质的反射与透射

3．2．1 由各向同性介质入射到Voigt结构的旋电介质的分界面

3．2．2 由Voigt结构的旋电介质入射到各向同性介质的分界面

3．3 法拉第结构下旋电介质的反射与透射

3．3．1 由各向同性介质入射到Faraday结构的旋电介质的分界面

3．3．2 数值结果讨论

3．3．3 COMSOL仿真分析

3．4 本章小结

4 电磁波在旋电介质波导中的传播特性

4．1 Voigt结构旋电介质的波导模式

4．1．1 横磁波(TM波)的导行条件

4．1．2 横电波(TE波)的导行条件

4．2 垂直结构旋电介质的波导模式

4．2．1 垂直结构旋电介质的极化波特性

4．2．2 垂直结构旋电介质波导的导行条件

4．3 本章小结

5 典型的物理现象

5．1 旋电介质表面的Goos-H?nchen侧位移

5．1．1 由各向同性介质入射到旋电介质交界面处的GH位移

5．1．2 由旋电介质入射到各向同性介质交界面处的GH位移

5．2 旋电介质表面的Imbert-Fedorov侧位移

5．2．1 IF位移产生的机理

5．2．2 圆极化波由各向同性介质入射到旋电介质交界面处的IF位移

5．3 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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