论文题目：可重构拓扑态在平面系统中的表现
摘要：拓扑态研究是近10年来凝聚态物理领域内研究热点之一,其影响力已从凝聚态物理研究辐射到整个物理学,乃至化学、材料学、信息学、生物学、电子技术、半导体技术等广阔的领域。许多具备拓扑性质的超材料有可能彻底改变传统电磁设计中的许多领域。随着对物质拓扑状态的理解,人们对于电磁波的控制和操纵达到了一个新的水平。与此同时,不同的系统中各种潜在的设备应用提出了灵活控制拓扑模式的需求。本文研究了产生多个不同拓扑电荷的轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）波束的方法,提出了一种基于一组紧凑型微带环形谐振器的微波天线的多频段波分复用（Modular division multiplexing,MDM）的设计。利用腔模型和磁流法对单个微带环形谐振腔天线辐射场进行解析,给出了推导过程,并使用数值模拟验证单模近似的正确性。在Rogers RT/duroid 5880介质基片上覆上一组铜制的紧凑型微带环形谐振器的微波天线来进行实验。结果表明:在相同的频率下天线可以生成多个具有不同拓扑电荷数的OAM模式,也在多个载波频率下运行。本文研究了一维阵列中如何控制拓扑界面态的局域化。两个双各向异性元原子的相互作用不仅对它们之间的距离敏感,对它们的相互取向也敏感,这使得人们可以调整固定晶格几何的拓扑相。本文定性分析了单个破坏空间对称性的元原子的混合偶极子模式,通过交错双各向异性模式来设计光子拓扑态,使用SSH（Su-Schrieffer-Heeger）模型分析阵列中出现的界面模式。使用全介电谐振器组成一维等距阵列,调整元原子之间的相互取向来进行实验验证。结果表明,界面态的局域化会随着元原子之间的相互取向程度而改变,直至完全消失。实验证明了电磁拓扑状态具有显著的可重构性。利用非中心对称元原子的旋转自由度的方法也可以扩展到更高维的晶格,为可重构全电介质元器件的设计提供新的机会。
关键词：拓扑光子学;轨道角动量;拓扑边缘态;双各向异性
学科专业：物理电子学
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 拓扑概述
1.1.2 拓扑绝缘体和拓扑相变
1.2 拓扑光子学
1.3 对于涡旋光束中拓扑态的研究
1.3.1 涡旋光束的基本概念
1.3.2 涡旋光束的产生
1.3.3 模分复用
1.4 可调谐拓扑的研究现状
1.5 本论文主要研究内容
第二章 研究方法和实验手段
2.1 微波光谱
2.2 实验装置
2.2.1 天线的场分布
2.2.2 近场测量的实验装置
2.3 样品制备
2.4 本章小结
第三章 涡旋光束中的可重构拓扑状态
3.1 微带环形谐振腔天线的理论解析
3.2 天线原型和实验设置
3.3 结果和讨论
3.4 本章小结
第四章 双向各向异性粒子阵列中的可重构拓扑状态
4.1 拓扑阵列的设计
4.1.1 单个元原子的偶极模式
4.1.2 元原子的有效耦合与拓扑阵列的设计
4.2 实验原型
4.3 结果和讨论
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
作者及科研成果简介
致谢