基于柔性介质的微波光机械超材料合成机理及特性研究
批准号:
61701082
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
黄勇军
依托单位:
学科分类:
F0119.电磁场与波
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
文光俊、李建、Inserra Daniele、Oteng Gyasi Kwame、骆汉光、吕文然、方小川
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中文摘要
超材料中“波-物质”互作用使电磁波能与机械能产生高效耦合,实现电磁波和机械结构联动调控,据此可发展出光机械超材料技术研究新方向,并推动超材料广泛用于频率源、传感、导航等技术领域。目前光机械超材料存在光机械耦合效率低、功耗大等问题,并缺乏在微波毫米波频段的合成方法,极大地限制了其发展与应用。本项目旨在突破基于柔性介质的微波毫米波频段光机械超材料合成机理、设计方法、制备技术、应用途径及方案。项目综合应用电动力学、结构力学、热学理论及多物理场耦合理论,研究基于柔性介质的光机械超材料能量耦合机理及控制途径,建立光机械强耦合关系模型,分析光机械超材料高Q值电磁谐振、机械振荡特性,设计微波毫米波频段低功耗光机械超材料,实验研究其光机械冷却/放大/振荡/诱导透明等物理现象,探索光机械超材料在新型微波毫米波电路、器件与高精度传感等领域的应用技术方案,最终形成微波毫米波频段光机械超材料研究与应用技术体系。
英文摘要
The “wave-matter” interactions in metamaterials can realize the high-efficiency energy coupling between electromagnetic waves and structural mechanics, and can be used to control simultaneously the incident electromagnetic waves and the mechanical micro-structures, opening a new research direction named optomechanical metamaterials and having the opportunity for the applications of frequency source generation, sensing and navigation. However, the currently reported optomechanical metamaterials suffer from the low opto-mechanical coupling rate and high power consumption problems, and lake of composing methods for microwave and millimeter wave ranges, which have been the barriers for the developments and practical applications. This Proposal is aim to investigate systemically the realization mechanisms, design methods and fabrication technologies, applications of a new kind of optomechanical metamaterial based on the flexible substrate operated at microwave and millimeter wave ranges. By using electrodynamics theory, structural mechanics theory, thermal theory, and the multi-physical coupling theory, this Proposal will theoretically analyze the opto-mechanical coupling mechanism and controlling method of the proposed optomechanical metamaterial based on the flexible substrate, and establish the high opto-mechanical coupling relationship model. The Proposal will also investigate the modelling method for the high-Q electromagnetic resonance and mechanical oscillation characteristics of the optomechanical metamaterials. The Proposal will then design and fabricate the low-cost optomechanical metamaterials operated at microwave and millimeter waves, and experientially investigate the optomechanical cooling, amplification, oscillation, induced transparency, etc. The Proposal finally explore the applications of optomechanical metamaterials in microwave and millimeter wave circuit/components and sensors. After achieving the research goals, the Proposal will develop and build the research and application frames for the novel optomechanical metamaterials. It has very important scientific meaning and significant engineering values.
本项目完成了基于FPC平面吸波结构的光机械超材料工作机理、结构设计方法等研究,分析这种光机械超材料的电磁谐振特性及电磁感应力等产生机理及效应,光机械超材料机械振子在电磁感应力作用下的机械位移机理及振荡特性、光机械耦合作用下的多稳态非线性现象、产生光机械振荡的功率阈值等问题。其次基于上述光机械超材料采用全波电磁仿真方法、机械位移及振荡特性的数值仿真方法,建立电磁波能与热能、热能与机械动能,以及电磁波能与电磁感应力产生的机械动能之间耦合关系模型,进行光-机械模式耦合一体化理论分析、数值仿真与设计验证的系统。研究了这种光机械超材料的制备工艺及技术,以及光机械超材料电磁特性、机械特性的测试方案;实验研究光机械超材料的光机械耦合率、光机械振荡功率阈值等。然后,研究了不同频率电磁波作用下前述光机械超材料的光机械冷却与放大机理及特性,光机械振荡响应时间、机械振荡频率与入射电磁波频率及强度之间的非线性关系理论模型,以及相应的数值仿真和物理实验验证方法。研究上述光机械超材料设计原型中不同金属谐振单元种类、金属谐振单元与金属地平面间不同距离对超材料电磁谐振 Q 值、光-机械能量耦合效率的影响规律,研究FPC介质厚度、金属谐振环厚度、金属地平面厚度对机械模式、机械谐振Q值的影响规律,发展出高电磁谐振Q值、高机械谐振Q值、高光-机械耦合效率的光机械超材料性能提升结构。本项目在研究期间,先后发表(含已录用)受项目资助的学术研究论文成果53篇,其中SCI收录期刊论文29篇(中科院JCR分区二区及以上15篇),特邀报告4次;参编英文专著一章,申请发明专利7项,获得授权2项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.3389/fphy.2020.593411
发表时间:2021-01
期刊:
影响因子:--
作者:Sidrish Zahra;Liang Ma;Wenjiao B. Wang;Jian Li;Dexu Chen;Yifeng Liu;Yuedan Zhou;Na Li;Yongjun Huang;G. Wen
通讯作者:Sidrish Zahra;Liang Ma;Wenjiao B. Wang;Jian Li;Dexu Chen;Yifeng Liu;Yuedan Zhou;Na Li;Yongjun Huang;G. Wen
Screw Relaxing Detection With UHF RFID Tag
使用 UHF RFID 标签进行螺丝松动检测
DOI:10.1109/access.2020.2986891
发表时间:2020
期刊:IEEE Access
影响因子:3.9
作者:Daniele Inserra;Hu Wei;Li Zhenbing;Li Gang;Zhao Fading;Yang Zhao;Wen Guangjun
通讯作者:Wen Guangjun
Ultra⁃ Low Power High⁃ Efficiency UHF⁃ Band Wireless Energy Harvesting Circuit Design and Experiment
超低功耗高效率UHF频段无线能量收集电路设计与实验
DOI:--
发表时间:2018
期刊:ZTE COMMUNICATIONS
影响因子:--
作者:Li Z;LI J;Zhou J;Zhao F;Wen G
通讯作者:Wen G
Using 5G Network Slicing and Non-Orthogonal Multiple Access to Transmit Medical Data in a Mobile Hospital System
使用5G网络切片和非正交多址在移动医院系统中传输医疗数据
DOI:10.1109/access.2020.3031306
发表时间:2020
期刊:IEEE Access
影响因子:3.9
作者:P. Tebe;W. Tian;J. Li;Y. Huang;G. Wen
通讯作者:G. Wen
DOI:10.1109/tap.2019.2905926
发表时间:2019-03
期刊:IEEE Transactions on Antennas and Propagation
影响因子:5.7
作者:D. Inserra;G. Wen
通讯作者:D. Inserra;G. Wen
铷原子-铌酸锂基腔光力系统互锁型超稳光生微波源关键技术研究
- 批准号:62371106
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:49万元
- 批准年份:2023
- 负责人:黄勇军
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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