介电常数近零媒质的集成光学掺杂理论及应用

　　《介电常数近零媒质的集成光学掺杂理论及应用》针对介电常数近零（ENZ）媒质及其光学掺杂调控展开研究，介绍了集成化、低损耗的ENZ媒质及光学掺杂的理论与实现方案，并基于近零折射率特性与光学掺杂电磁调控给出一系列电路与天线领域的关键应用。《介电常数近零媒质的集成光学掺杂理论及应用》的内容可以总结为如下三个方面。①基础理论与平台方面：阐述了集成光学掺杂的理论，可解决近零折射率媒质与光学掺杂的损耗问题与平面集成困难。②工程应用方面：介绍了基于集成光学掺杂的电路与天线应用，将近零折射率媒质的独特性质与集成光学掺杂的高效电磁调控引入工程实践，在器件的几何结构灵活性、功能可操控性上相较于传统设计有质的提升。③理论与应用的进一步拓展：将光学掺杂理论从单一掺杂异质体情形拓展至多掺杂异质体情形，阐述了色散编码的理论与应用，介绍了与单元排布无关的超构媒质新范式。本书的读者对象是从事电磁理论及应用工作的学者、工程技术人员及研究生。

　　周子恒，现任福州大学副教授、硕士生导师。2022年博士毕业于清华大学电子工程系，师从李越副教授。主要从事电磁超构媒质理论及天线应用研究，在自然子刊《Nature Communications》、《Light： Science & Applications》、天线领域期刊《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》等高影响力国际刊物发表论文十余篇；曾获2019年国际天线与传播研讨会（IEEE-ISAP）最佳论文奖、2019年全国超材料大会学术新人奖。

第1章绪论
1.1研究背景及意义
1.2近零折射率媒质
1.2.1媒质及超构媒质的分类
1.2.2近零折射率媒质基础特性
1.2.3近零折射率实现方案及应用
1.3光学掺杂概念及特性
1.4波导与基片集成波导
1.5本书研究内容
第2章集成光学掺杂理论
2.1集成光学掺杂基本概念
2.2磁导率调控理论
2.3光学掺杂局域场增强效应
2.4集成光学掺杂实验验证
2.5本章小结
第3章集成光学掺杂的电路应用
3.1引言
3.2可任意弯折的波导传输线
3.3基于光学掺杂的ENZ元件及匹配电路
3.3.1ENZ元件的集总模型
3.3.2基于ENZ元件的广义匹配电路
3.4基于光学掺杂的ENZ功分网络
3.4.1任意几何的N端口ENZ网络理论
3.4.28路均等分的功分器设计
3.4.310路非均等分的功分器设计
3.4.4实物加工测试与讨论
3.5本章小结
第4章集成光学掺杂的天线应用
4.1引言
4.2波导等效ENZ天线的基本形式及特性
4.2.1天线结构及工作模式
4.2.2可独立操控的辐射方向图与工作频率
4.2.3天线加工及测试
4.3水平全向高增益ENZ天线设计
4.3.1天线结构与工作原理
4.3.2天线加工及测试
4.4光学掺杂的波导等效ENZ天线
4.4.1天线结构与工作原理
4.4.2天线加工及测试
4.5本章小结
第5章多掺杂异质体理论及应用
5.1引言
5.2多掺杂异质体无耦合效应
5.3数值仿真及实验验证
5.4多掺杂异质体的色散编码应用
5.5本章小结
第6章总结与展望
6.1本书工作创新点
6.2未来工作展望
参考文献
在学期间完成的相关学术成果
致谢
CONTENTS
Chapter 1Introduction
1.1Research background and significance
1.2Near-zero-index media
1.2.1Classification of material and metamaterial 
1.2.2Fundamental property of near-zero-index media
1.2.3Realization schemes and applications of near-zero index
1.3Concept and property of photonic doping
1.4Waveguide and substrate-integrated waveguide
1.5Main research subject of this book
Chapter 2Theory of substrate-integrated photonic doping
2.1Concept of substrate-integrated photonic doping
2.2Theory for magnetic permeability manipulation
2.3Local enhancement of magnetic field for photonic doping
2.4Experimental verification of substrate-integrated photonic doping
2.5Summary of this chapter
Chapter 3Application of substrate-integrated photonic doping in circuitry
3.1Introduction
3.2Arbitrarily bendable waveguide transmission line
3.3ENZ element and impedance matching circuits based on photonic doping
3.3.1Lump model for the ENZ element
3.3.2Impedance matching circuits based on ENZ elements
3.4ENZ power dividing network based on photonic doping
3.4.1Theory of arbitrarily-shaped N-port ENZ network
3.4.2Design of 8-branch equal-split power divider
3.4.3Design of 10-branch unequal-split power divider
3.4.4Prototype fabrication and measurement
3.5Summary of this chapter
Chapter 4Application of substrate integrated-photonic doping in antenna
4.1Introduction
4.2Basic form of waveguide-based ENZ antenna and properties
4.2.1Antenna structure and operating mode
4.2.2Independently controlable radiation pattern and operating frequency
4.2.3Antenna fabrication and measurement
4.3Omnidirectional high-gain ENZ antenna
4.3.1Antenna structure and operating principle
4.3.2Antenna fabrication and measurement
4.4Waveguide-based ENZ antenna with photonic doping
4.4.1Antenna structure and operating principle
4.4.2Antenna fabrication and measurement
4.5Summary of this chapter
Chapter 5Theory and application for multiple photonic dopants
5.1Introduction
5.2Noninteracting effect of multiple photonic dopants
5.3Numerical simulation and experimental validation
5.4Application of dispersion coding via multiple photonic dopants
5.5Summary of this chapter
Chapter 6Conclusion and outlook
6.1Innovations of the research works in this book
6.2Outlook for future research
References
Academic achievements
Acknowledgements