中红外波段周期结构吸收器的研究

发布时间：2020-05-25 22:34

【摘要】：电磁超材料由多种具有亚波长尺寸的人工单元结构组装而成。通过对单元进行调整,人们往往能够因地制宜,定制出符合实际需求的超材料。对比传统的电磁波吸收器,由于超材料的介电常数和磁导率可以通过人为改变结构单元的排列方式和尺寸来进行调节,因而基于电磁超材料的吸收器可以实现宽波段对入射光的偏振和角度不敏感的完美吸收,另外它还有厚度小、易制造、易覆盖等优点,可以应用在传感、检测、隐身技术、成像等领域。为了克服单频完美吸收器吸收带宽较窄这一问题,本文在一维结构下设计了一种基于典型的三层结构的宽带吸收器,可以实现8μm-14.5μm波长范围内吸收率大于80%的入射角度不敏感吸收,能够利用小尺寸结构单元实现对中红外波的吸收,并通过并联LC等效电路模型对该吸收器基于磁激元共振的工作原理进行分析。在此基础上,我们设计了一种基于二维周期结构的偏振不敏感吸收器,可以实现8μm-11.5μm波长范围内能吸收率大于70%的偏振不敏感吸收。偏振不敏感吸收器一般都是通过比较复杂的二维周期结构实现的,制作困难,本文提出了一种基于金属-介质对周期结构的一维偏振不敏感的单频吸收器。在磁激元共振以及导模共振的共同作用下,该吸收器在8μm波长上实现偏振不敏感的完美吸收。更进一步地,我们提出了两种偏振不敏感的双频吸收器:其中一种是基于不同的金属-介质-金属复合结构在垂直方向上的重叠放置;另一种是基于不同的金属-介质-金属复合结构在水平方向上的周期性间隔排列。谐振波长处的电磁场分布表明,磁激元共振以及导模共振相互独立作用于吸收现象。一维周期结构偏振不敏感吸收器制作工艺简单、灵活、成本低,有很大的实际应用价值。
【图文】：

逦１４逡逑Ｆｉ＇ｅｑｕｅｎｃｙ（ＧＨＺ）逡逑图１－２完美吸收器结构的吸收、反射、透射Ｗ逡逑红线代表吸收光谱，绿线代表反射光谱，蓝线代表投射光谱逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，邋ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｔｒａｎｓｍｋｓｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｅｒｆｅｃｔ邋ａｂｓｏｒｂｅｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ。］逡逑Ｔｈｅ邋ｒｅｄ邋ｌｉｎｅ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｔｈｅ邋ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ，邋ｔｈｅ邋ｇｒｅｅｎ邋ｌｉｎｅ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｔｈｅ邋ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ，邋ｔｈｅ逡逑ｂｌｕｅ邋ｌｉｎｅ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｔｈｅ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ逡逑在Ｌａｎｄｙ等人提出完美吸收器么后，趟来趟多的研究人员开始关注这个领域，逡逑３逡逑

ＩＩ逦＾邋ＪN逦幰！；逡逑Ｈ，ｙ逡逑图１－１邋Ｌａｎｄｙ等设计的超材料完美吸收器结构示意Wｎ逡逑（ａ）电开口谐振环；（ｂ）矩形金属条带：似整体结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ邋ｐｅｒｆｅｃｔ邋ａｂｓｏｒｂｅｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｂｙ邋Ｌａｎｄｙ…逡逑（ａ）邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｓｐｌｉｔ－ｒｉｎｇ邋ｒｅｓｏｎａｔｏｒ；邋（ｂ）邋ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ邋ｍｅｔａｌ邋ｓｔｒｉｐ；邋（ｃ）邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑１．０逦逦逦，，逦逦逦，逦ｒ－＾逦逦逦，逦逦逦１邋江邋０５逡逑Ｉ。８＇．逦＾逦－ＤＭ逡逑Ｉ－－逦Ｖ邋／逦－－１逡逑Ｉ逦Ｉ邋Ａ逦－。。２｜逡逑

本文编号：2680844