光學和聲學超材料與超表面

目錄　
前言　
上篇　由下向上制備光學超材料與超表面　
第1章　光學超材料與超表面概述　3　
1.1　光學超材料設(shè)計　3　
1.2　光學超材料新物理特性　5　
1.2.1　負折射效應　5　
1.2.2　完美成像超棱鏡　8　
1.2.3　光學隱身斗篷　9　
1.3　光學超材料制備　11　
1.3.1　“自上而下”刻蝕技術(shù)　11　
1.3.2　“自下而上”電化學方法　13　
1.4　光學超表面　14　
1.4.1　光學超表面設(shè)計原理　14　
1.4.2　光學超表面特征　16　
1.5　光學超表面實現(xiàn)　17　
1.5.1　Pancharatnam-Berry相位不連續(xù)　17　
1.5.2　間隙模式引起的相位不連續(xù)　18　
1.5.3　惠更斯超表面　19　
1.5.4　超透射陣列超表面　19　
1.5.5　雙層光學超表面　20　
1.6　光學超表面應用　21　
1.6.1　光束偏轉(zhuǎn)器與超透鏡　21　
1.6.2　光學偏振控制器　23　
1.6.3　消色差光學超表面　25　
1.7　光學超表面的問題與展望　26　
1.7.1　超表面中的損耗　26　
1.7.2　光學超表面展望　26　
參考文獻　27
第2章　樹枝結(jié)構(gòu)紅外和可見光超材料　38　
2.1　雙模板法制備樹枝結(jié)構(gòu)超材料　38　
2.1.1　制備流程　38　
2.1.2　周期性多孔氧化鋅模板制備　39　
2.1.3　紅外銀樹枝結(jié)構(gòu)超材料　42　
2.1.4　紅外銀樹枝結(jié)構(gòu)性質(zhì)　48　
2.1.5　可見光銀樹枝結(jié)構(gòu)性質(zhì)　51　
2.2　電沉積法制備銅樹枝結(jié)構(gòu)超材料　55　
2.2.1　紅外銅樹枝負磁導率材料　55　
2.2.2　紅外銅樹枝結(jié)構(gòu)超材料　64　
2.3　電沉積法制備銀樹枝超材料　69　
2.3.1　點電極電沉積法　69　
2.3.2　平板電極電沉積法　76　
2.4　紅外樹枝結(jié)構(gòu)超材料　90　
2.4.1　制備流程　90　
2.4.2　結(jié)果與討論　93　
2.5　可見光樹枝結(jié)構(gòu)超材料　99　
2.5.1　實驗制備　99　
2.5.2　結(jié)果與討論　101　
2.6　空間光譜分離現(xiàn)象　103　
2.6.1　緒言　103　
2.6.2　超材料楔形光波導制備　103　
2.6.3　楔形光波導結(jié)果與討論　104　
2.6.4　普通楔形光波導制備與測試　106　
2.7　柔性基底樹枝結(jié)構(gòu)超材料　107　
2.7.1　柔性基底樹枝超材料制備　107　
2.7.2　光學特性測試　110　
參考文獻　112　
第3章　準周期漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)超材料　118　
3.1　引言　118　
3.2　理論和仿真分析　119　
3.2.1　理論模型　119　
3.2.2　仿真計算S參數(shù)　120　
3.2.3　反演計算有效介質(zhì)參數(shù)　121　
3.2.4　非對稱引起的損耗　123
3.2.5　摻雜增益介質(zhì)降低損耗　124　
3.3　金屬銀雙漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)制備　125　
3.3.1　制備流程　125　
3.3.2　二維PS膠體晶體制備　126　
3.3.3　金屬銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)制備　132　
3.3.4　雙漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)制備與表征　138　
3.4　雙漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)光學性質(zhì)　139　
3.4.1　樣品可見光透射譜　139　
3.4.2　等效介質(zhì)參數(shù)　140　
3.4.3　透射增強現(xiàn)象　142　
3.4.4　RhB物理機理　144　
3.5　超材料吸收器　146　
3.5.1　銀網(wǎng)格吸收器　146　
3.5.2　折射率傳感器　148　
3.5.3　雙漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)多頻吸收器模型　150　
3.5.4　樹枝超材料吸收器　152　
參考文獻　159　
第4章　納米顆粒組裝超材料　163　
4.1　引言　163　
4.2　銀樹枝狀顆粒單層組裝超材料　163　
4.2.1　制備流程　163　
4.2.2　制備方法　164　
4.2.3　超材料透射性質(zhì)　170　
4.2.4　超材料平板聚焦　171　
4.3　銀樹枝顆粒多層組裝三維超材料　174　
4.3.1　制備工藝流程　174　
4.3.2　制備方法與表征　174　
4.3.3　可見光透射特性　180　
4.3.4　平板聚焦效應　181　
4.4　樹枝狀金納米顆粒組裝超材料　183　
4.4.1　樣品制備及形貌表征　183　
4.4.2　光透射特性　184　
4.4.3　平板聚焦　185　
4.5　花朵形銀納米顆粒超材料　186　
4.5.1　樣品制備　186
4.5.2　透射性質(zhì)　189　
4.5.3　平板聚焦　190　
4.6　樹枝狀PAMAM與銀納米顆粒復合物　191　
4.6.1　PAMAM基銀復合物超材料　191　
4.6.2　PAMAM基納米銀薄膜微觀結(jié)構(gòu)　198　
4.6.3　聚焦結(jié)果　201　
4.6.4　PAMAM納米銀薄膜光自旋霍爾效應　202　
4.7　其他形貌銀顆粒　206　
4.7.1　F127保護劑制備樹枝狀銀微米粒子　206　
4.7.2　片狀銀納米粒子制備　206　
4.7.3　多孔狀銀微米粒子　208　
參考文獻　209　
第5章　拓撲結(jié)構(gòu)超材料　211　
5.1　引言　211　
5.2　超簇結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真結(jié)果　211　
5.2.1　結(jié)構(gòu)模型　211　
5.2.2　紅光波段光學響應　213　
5.2.3　綠光波段光學響應　220　
5.2.4　準周期超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計　221　
5.3　球刺狀超材料性質(zhì)　223　
5.3.1　樣品的制備及表征　223　
5.3.2　樣品透射性質(zhì)　230　
5.4　球刺狀超材料光學性能　233　
5.4.1　負折射測試　233　
5.4.2　位移　237　
5.4.3　彩虹捕獲效應　244　
5.4.4　反常多普勒效應　249　
參考文獻　258　
第6章　樹枝結(jié)構(gòu)超表面　263　
6.1　引言　263　
6.2　樹枝超表面制備　264　
6.2.1　制備流程　264　
6.2.2　單層銀樹枝超表面　264　
6.2.3　雙層銀樹枝超表面　269　
6.3　樹枝超表面性質(zhì)　271　
6.3.1　紅外波段超表面　271　
6.3.2　可見光波段超表面　274　
6.3.3　超表面聚焦效應測試　279　
6.4　可見光波段超表面操控微分運算　283　
6.4.1　設(shè)計原理　284　
6.4.2　微分性質(zhì)仿真計算　287　
6.4.3　微分性質(zhì)實驗測試　288　
參考文獻　292　
第7章　超表面反常光學行為　296　
7.1　樹枝超表面反常GH位移　296　
7.1.1　GH位移與負GH位移　296　
7.1.2　GH位移測量　297　
7.2　樹枝超表面彩虹捕獲效應　301　
7.2.1　彩虹捕獲概念　301　
7.2.2　超表面楔形波導實現(xiàn)彩虹捕獲　302　
7.2.3　楔形波導出射光功率　306　
7.3　超表面偏振轉(zhuǎn)換　308　
7.3.1　樹枝單元結(jié)構(gòu)與模擬　308　
7.3.2　超表面偏振轉(zhuǎn)換實驗　312　
7.3.3　反射模式超表面偏振轉(zhuǎn)換　316　
7.4　準周期樹枝簇集超表面反常光自旋霍爾效應　321　
7.4.1　光自旋霍爾效應概論　321　
7.4.2　準周期樹枝簇集超表面設(shè)計與制備　324　
7.4.3　超表面反常光自旋霍爾效應實驗　329　
參考文獻　333　
下篇　超原子和超分子構(gòu)筑聲學超材料與超表面　
第8章　聲學超材料與超表面概述　339　
8.1　聲學超材料　339　
8.2　負參數(shù)聲學超材料　340　
8.2.1　負質(zhì)量密度　340　
8.2.2　負彈性模量　343　
8.2.3　雙負聲學超材料　346　
8.3　聲學超材料的新物理特性　349
8.3.1　負折射及聚焦　349　
8.3.2　倏逝波放大及亞波長成像　351　
8.3.3　完美聲吸收　354　
8.3.4　反常多普勒效應　355　
8.3.5　變換聲學及隱身斗篷　356　
8.3.6　聲反常透射和聲波準直器件　359　
8.3.7　聲學超材料其他應用　360　
8.4　聲學超表面　363　
8.4.1　反常反射現(xiàn)象　363　
8.4.2　反常透射現(xiàn)象　366　
8.4.3　平板超棱鏡　368　
8.4.4　其他奇異效應　370　
參考文獻　371　
第9章　聲學超原子模型　380　
9.1　引言　380　
9.2　負彈性模量超原子　381　
9.2.1　模型　381　
9.2.2　一維負彈性模量聲學超材料　383　
9.2.3　二維負彈性模量聲學超材料　392　
9.3　負質(zhì)量密度超原子　399　
9.3.1　模型分析　399　
9.3.2　負質(zhì)量密度超材料　401　
9.4　雙負超原子復合超材料　406　
參考文獻　410　
第10章　超分子聲學超材料　414　
10.1　引言　414　
10.2　超分子模型　415　
10.3　低頻超分子雙負聲學超材料　416　
10.3.1　實驗測試　416　
10.3.2　等效模量計算　418　
10.3.3　平板聚焦效應　419　
10.3.4　亞波長超分辨成像效應　422　
10.4　高頻超分子雙負聲學超材料　423　
10.4.1　樣品制備　423　
10.4.2　實驗測試及結(jié)果分析　425
10.4.3　等效參數(shù)　427　
10.4.4　負折射實驗　429　
10.4.5　平板聚焦效應　430　
10.4.6　反常多普勒效應　431　
參考文獻　434　
第11章　超原子簇與超分子簇聲學超材料　437　
11.1　引言　437　
11.2　負彈性模量超原子簇超材料　437　
11.2.1　開口空心球超材料性質(zhì)　437　
11.2.2　多頻與寬頻負彈性模量超材料　445　
11.2.3　多層結(jié)構(gòu)的多頻超材料　452　
11.2.4　對開口空心球?qū)掝l超材料　458　
11.3　負質(zhì)量密度超原子簇超材料　464　
11.3.1　單頻聲學超材料　464　
11.3.2　寬頻聲學超材料　468　
11.3.3　反常多普勒效應　474　
11.4　超分子簇雙負聲學超材料　476　
11.4.1　基于不同管長的寬頻超材料　476　
11.4.2　基于不同側(cè)孔口徑的寬頻超材料　480　
11.4.3　兩種調(diào)制方式組合的寬頻效應　483　
11.5　超分子簇集寬頻超材料　484　
11.5.1　理論模型　485　
11.5.2　透反射性質(zhì)　487　
11.5.3　負折射實驗驗證　490　
11.5.4　反常多普勒效應　492　
參考文獻　497　
第12章