本书主要介绍亚波长尺度电磁波与物质相互作用的新奇现象、物理机理及其在各种电磁学/光学系统中的应用。针对传统光学和电磁学理论存在的原理性障碍，阐述了亚波长尺度突破传统极限的理论和方法，并在此基础上给出了亚波长结构辅助的新电磁学和光学定律。本书是亚波长电磁学学科的第一部专著，涉及的主要内容是作者多年来从事基础和应用研究的成果体现，也广泛收录了国际上其他著名团队的最新结果。
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序一
序二
前言
第四篇亚波长电磁器件及系统
第14章相位型光学超构表面3
14.1相位型超表面分类3
14.2相位型器件设计方法3
14.2.1电磁偏折器4
14.2.2平面透镜4
14.2.3相位型电磁超振荡透镜5
14.2.4涡旋光产生器6
14.2.5贝塞尔光束产生器7
14.2.6相位型计算全息图7
14.3传输相位型超表面器件10
14.3.1SP波导传输相位超表面器件11
14.3.2等效折射率型介质超表面器件23
14.4电路型相位超表面器件25
14.4.1反射式电路型相位超表面器件28
14.4.2透射式电路型相位超表面器件33
14.5几何相位型超表面器件35
14.5.1几何相位型超表面透射器件35
14.5.2几何相位型超表面反射全息器件59
14.6电路型|几何相位相结合的超表面器件61
14.6.1V形光天线对电磁波的振幅和相位调制62
14.6.2V形结构光束偏折器64
14.6.3V形结构聚焦透镜64
14.6.4V形结构涡旋光束产生器66
14.6.5V形结构全息器件67
14.6.6C形结构超构表面68
参考文献69
第15章悬链线光学74
15.1光学中的曲面和曲线74
15.1.1折反射光学中的曲面问题74
15.1.2光学测地线中的曲面问题77
15.1.3平面光学中的曲线问题81
15.2光学悬链线82
15.2.1悬链线方程82
15.2.2折反射光学中的悬链线86
15.2.3光学测地线中的悬链线87
15.2.4平面光学中的悬链线91
15.3平面光学悬链线的应用94
15.3.1异常偏折及自旋霍尔效应94
15.3.2贝塞尔光束产生96
15.3.3完美涡旋光束产生100
15.3.4平面光学悬链线的变形及应用103
15.3.5相干技术提高光学悬链线结构器件效率105
参考文献111
第16章亚波长电磁吸收技术113
16.1经典吸波材料及理论113
16.1.1Salisbury吸收屏114
16.1.2Jaumann吸波体115
16.1.3Planck-Rozanov带宽{厚度极限117
16.2亚波长电磁吸收材料的设计思路118
16.2.1传播波|束缚波转换118
16.2.2基于电磁谐振的局域电磁吸收119
16.2.3超表面理想电磁吸收模型123
16.3基于两波转换的电磁吸收器124
16.3.1金属孔阵列中的完美电磁吸收125
16.3.2结构参数对吸收特性的影响126
16.3.3孔阵列吸波材料的带宽拓展方法127
16.4大角度电磁吸收超材料130
16.4.1基于金属线对的大角度吸收器130
16.4.2六方晶格排布的全向电磁吸收器132
16.5基于理想吸收超表面的宽带电磁吸收材料135
16.6基于金属球腔的光波段宽带电磁吸收材料138
16.7可见光透明宽带电磁吸收材料141
16.8相干完美吸收144
16.8.1基于导电薄膜的超宽带相干吸收145
16.8.2基于镜像原理的大角度相干吸收器150
16.8.3基于相干吸收的光逻辑运算153
16.9其他亚波长电磁吸收器155
16.9.1基于衍射调控的宽带太赫兹电磁吸收材料155
16.9.2可调谐吸波材料157
16.9.3基于电磁吸收材料的热辐射调控160
16.9.4基于垂直生长碳纳米管的宽带光波吸收器163
参考文献165
第17章亚波长偏振调制技术169
17.1电磁波的偏振特性170
17.1.1电磁波偏振基本理论170
17.1.2电磁波偏振的表示方法172
17.2传统偏振调制技术和偏振检测技术175
17.2.1传统偏振器件175
17.2.2偏振技术的应用176
17.3基于各向异性亚波长结构的偏振调制器件178
17.3.1各向异性亚波长结构的分析方法178
17.3.2各向异性亚波长结构偏振调制研究进展179
17.3.3超薄各向异性圆偏振器179
17.3.4偏振转换的色散调制数理模型.182
17.3.5基于二维色散调制的宽带偏振转换器件186
17.4基于手性亚波长结构的偏振调制器191
17.4.1手性材料的分析方法191
17.4.2手性亚波长结构偏振调制研究进展195
17.4.3多频多偏振态平面手性圆偏振器198
17.4.4四频点低损耗手性圆偏振器202
17.4.5双频手性线偏振转换器件205
17.4.6同时具备圆二色性和旋光性的偏振转换器208
17.4.7非本征的亚波长手性结构209
17.4.8光学手性近场增强效应210
17.4.9亚波长手性结构的其他特性212
17.5亚波长结构相干偏振转换213
17.5.1理论模型213
17.5.2金属网格实现超宽带相干偏振转换215
17.5.3三维手性亚波长结构中的相干偏振转换218
参考文献220
第18章亚波长天线和辐射技术223
18.1天线的基本参数223
18.1.1辐射方向图223
18.1.2方向性系数224
18.1.3天线的辐射效率和增益225
18.1.4输入阻抗及驻波比225
18.1.5天线的偏振态226
18.1.6天线的带宽226
18.2常用的微波天线种类227
18.2.1贴片天线227
18.2.2喇叭天线228
18.2.3偶极子天线228
18.3基于亚波长结构的微波天线技术229
18.3.1亚波长结构高方向性天线229
18.3.2亚波长结构偏振调制天线246
18.3.3亚波长结构辐射方向调控天线253
18.3.4基于亚波长结构的天线宽带化设计266
18.4纳米光学天线技术271
18.4.1纳米光学天线研究背景272
18.4.2纳米光学天线概念的提出272
18.4.3纳米光学天线的研究进展与应用274
18.5金属沟槽阵列光学天线280
18.5.1亚波长沟槽结构的电磁调制理论280
18.5.2单方向定向辐射金属沟槽阵列天线281
18.5.3多方向定向辐射金属沟槽阵列天线286
18.5.4角宽可控均匀辐射金属沟槽阵列天线290
18.6基于沟槽阵列结构的金属微结构天线295
18.6.1基于亚波长周期沟槽结构的高方向性缝隙天线295
18.6.2集成周期沟槽加载型微带贴片天线298
18.7纳米激光器299
18.8小结301
参考文献302
第19章表面等离子体传感技术310
19.1表面等离子体共振传感技术310
19.1.1表面等离子体共振传感的基本原理及结构310
19.1.2SPR传感器的灵敏度312
19.1.3表面等离子体共振成像312
19.1.4SPR传感器的特点313
19.2局域表面等离子体共振传感技术314
19.2.1LSPR传感技术的概念及特点314
19.2.2球形纳米粒子的LSPR316
19.2.3典型纳米粒子的制备方法318
19.2.4基于纳米球光刻的LSPR传感器323
19.3表面增强拉曼散射传感技术333
19.3.1SERS概念333
19.3.2SERS机理335
19.3.3金属纳米结构的电磁场增强效应336
19.3.4基于AgFON的葡萄糖探测343
参考文献347
第20章亚波长隐身和反隐身技术349
20.1隐身技术概述349
20.1.1隐身技术的概念349
20.1.2隐身技术发展历史349
20.1.3雷达隐身技术352
20.1.4红外隐身技术355
20.2基于吸波材料的电磁隐身技术357
20.3基于虚拟赋形的电磁隐身技术357
20.3.1基于变换光学的隐身衣357
20.3.2基于超表面的虚拟赋形362
20.3.3基于零折射率材料的RCS缩减技术367
20.4反隐身技术概述370
20.4.1传统隐身技术存在的问题371
20.4.2反隐身的主要技术手段371
参考文献375
第21章亚波长电磁仿生学378
21.1自然界中的光学结构378
21.1.1植物中的微纳光学结构378
21.1.2动物中的微纳光学结构382
21.2结构色的成色机理391
21.2.1膜层干涉效应392
21.2.2衍射效应393
21.2.3散射效应394
21.3亚波长光学仿生器件395
21.3.1复眼结构的亚波长仿生技术395
21.3.2消反膜的仿生技术398
21.3.3偏振调制亚波长仿生技术402
21.4人工仿生结构色407
21.4.1具有光子晶体结构色的蚕丝织物408
21.4.2基于纳米金属结构色的高分辨率彩色滤光片408
21.5仿生加工方法419
参考文献421
第22章亚波长电磁动态和智能器件424
22.1基于亚波长结构的波束扫描天线424
22.1.1动态相位调制原理425
22.1.2相位调制材料对电磁波辐射方向的调控原理426
22.1.3基于频率选择表面的扫描天线427
22.1.4基于反射阵列的波束扫描天线438
22.1.5基于传输阵列的波束扫描天线439
22.2基于亚波长结构的智能电磁吸收447
22.2.1基于二极管的L波段动态电磁吸收结构449
22.2.2基于石墨烯的太赫兹波段动态电磁吸收器件455
22.3偏振动态调控亚波长结构460
22.3.1手性智能偏振调控结构460
22.3.2各向异性动态偏振调控结构463
22.4基于柔性可延展材料的智能器件465
参考文献468
第23章平面亚波长成像技术472
23.1小孔成像技术472
23.2波带片成像474
23.3光子筛成像478
23.4平面衍射成像480
23.4.1平面衍射透镜设计480
23.4.2平面衍射透镜的色散特性481
23.4.3平面衍射透镜的色散补偿483
23.4.4基于平面衍射透镜的望远镜系统486
23.4.5轻量化平面衍射透镜成像实验系统491
23.5超表面红外成像496
23.6其他微纳结构成像499
参考文献501
第五篇超衍射光学
第24章远场超衍射成像505
24.1衍射极限与超衍射光学505
24.1.1衍射极限概述505
24.1.2衍射受限的经典和量子理论507
24.1.3广义衍射极限及超衍射光学509
24.2传统分辨力增强技术510
24.2.1共聚焦激光扫描显微镜510
24.2.2结构光照明超分辨技术512
24.3基于超振荡光场的超衍射远场成像514
24.3.1从光瞳滤波器到超振荡514
24.3.2Bessel光束超衍射成像517
24.3.3基于长椭球函数的超振荡光瞳滤波器519
24.3.4超振荡望远镜520
24.4微球超衍射成像532
24.5荧光超衍射成像技术534
24.5.1受激辐射损耗超分辨技术534
24.5.2基于单分子定位的荧光超分辨显微技术543
参考文献543
第25章近场超衍射成像547
25.1衍射极限与近场衍射极限547
25.2基于超透镜的超衍射成像549
25.2.1超透镜成像的基本理论549
25.2.2基于金属{介质多层膜的超分辨成像551
25.3基于超透镜的超衍射相衬成像555
25.3.1超衍射SP相衬成像技术原理555
25.3.2基于MIM透镜的超衍射相衬成像557
25.3.3MIM结构透镜的折射率差分辨力559
25.3.4MIM结构透镜的空间分辨力560
25.3.5MIM结构透镜相衬成像的实验验证561
25.4基于双曲超透镜的超衍射放大和缩小成像563
25.4.1基于双曲透镜的缩小成像564
25.4.2双曲透镜和超透镜组合成像方法568
25.4.3平板结构超分辨缩小成像设计方法569
参考文献574
第26章超衍射光刻576
26.1传统光刻分辨力增强技术576
26.1.1相移掩模技术576
26.1.2离轴照明技术578
26.1.3邻近效应校正579
26.1.4光瞳滤波技术580
26.2表面等离子体超衍射光刻581
26.2.1表面等离子体超衍射干涉光刻581
26.2.2表面等离子体超衍射成像光刻597
26.2.3表面等离子体超衍射聚焦直写光刻617
26.3远场超衍射光束直写光刻621
26.3.1基于多光子吸收效应的双光束超衍射直写622
26.3.2基于单光子吸收的超衍射光束直写624
26.3.3基于吸收率调制材料的超衍射光束直写625
参考文献626
第27章超衍射传输631
27.1表面等离子体波导631
27.1.1金属纳米颗粒波导631
27.1.2金属薄膜、条带及纳米线波导632
27.1.3金属狭缝波导633
27.1.4混合型表面等离子体波导634
27.1.5石墨烯表面等离子体波导635
27.1.6有源和非线性波导636
27.1.7等离子体波导与传统光学纳米线的融合638
27.2表面等离子体波导器件640
27.2.1激光器640
27.2.2滤波器641
27.2.3分束器646
27.2.4调制器650
27.3表面等离子体波导中的新颖现象656
27.3.1类电磁诱导透明656
27.3.2轨道角动量的超衍射传输661
参考文献664
后记668
名词索引676
缩写索引691
上册
第一篇亚波长电磁学基础
第1章亚波长电磁学概述
第2章亚波长电磁学的基本材料
第3章亚波长电磁学的主要数值计算方法
第二篇亚波长电磁学理论
第4章超材料理论
第5章超构表面理论
第6章表面等离子体理论
第7章双曲色散材料
第8章光子晶体
第三篇亚波长电磁材料加工及表征技术
第9章可见光、红外及太赫兹亚波长结构加工技术
第10章微波波段亚波长电磁结构加工技术
第11章亚波长结构的典型加工实例
第12章亚波长结构、材料及器件形貌表征技术
第13章亚波长结构、材料及器件电磁性能表征技术
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