基于人工电磁介质的宽带吸波器研究进展
发布时间：2021-09-21 21:52
利用人工电磁介质拓展吸波器吸收带宽,是国内外研究人员主要的关注领域。本文综述近年来主要研究的基于人工电磁介质的宽带吸波器的典型结构及其应用,分析人工电磁介质结构在提高吸波器吸收率方面的机理,介绍基于集总元件扩宽吸波器带宽的理论模型,强调人工电磁介质在拓展吸波带宽中的重要作用。最后展望人工电磁介质在科技领域的应用前景,并指出宽带电磁吸波器未来的发展趋势主要集中在可协调性、多物理场耦合以及低成本制备,尤其是高效大面积低成本制备工艺将成为未来吸波器重要的研究方向。
【文章来源】：材料工程. 2020,48(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
用于太阳能的吸波器结构示意图[43]
以上设计表明平面排列结构吸波器结构简单,易于制备,而且能有效利用多峰吸收体来拓宽其吸收带宽,因此近年来,国内外研究者利用平面宽频吸收器的特性,开发出多种器件。Ma等[27]设计并制作了一个太赫兹频率范围内的高阻硅双频谐振器,结构如图1(d)所示。该装置设计用于2.6,4.3 THz。测量结果与模拟数据吻合良好,这些双波段共振装置可用于双波段光谱成像和多波段生物传感器。Kafesaki等[28]基于开口谐振环单元(split-ring resonators,SRR)提出了一种太赫兹超材料理论模型,通过在各种SRR中适当地放置光电导半导体,来实现光学可切换和可调谐特性。半导体可以用作衬底材料,也可以被放置在SRR结构的关键部位。其原理是,当用光泵激励半导体时,半导体材料可以从绝缘状态转变为导电状态,表现出类似于开关的效果,调节超材料结构单元的响应特性,从而进一步实现对入射光束的蓝移/红移及宽带相位调制。但需要指出的是,为了利用超原子与入射电磁波之间的共振耦合效应实现宽频吸收,平面排列结构吸波器共振单元的尺寸、形状及排列方式必须严格设计。因此,在微波频段,平面排列吸波器的体积往往偏大,不利于器件小型化设计及应用。
而对于频率高于太赫兹的红外及可见光频段,工作波长进一步减小。与平面结构相比,垂直结构往往较为复杂,几何尺寸的缩小会在客观上导致加工难度的提升,这在一定程度上限制了其应用领域。但是,这并不意味着垂直结构不适用于红外及可见光频段。事实上,国内外的相关研究结果表明,在红外及可见光频段,垂直结构吸波器依然存在极大的应用潜力。Ji等[33]设计了一种基于双曲线超材料波导锥形阵列宽带超吸收结构,该结构可以调节从近红外到中红外光谱区域的吸收特性。Ding等[34]设计了一种在金基底上由铝铬一次重复堆叠构建的周期性锥形阵列超宽带强吸波器,结构如图2(e)所示。实验结果显示该吸波器对入射角的灵敏度较低,对偏振不敏感。根据相同的原理,Ding等又设计了一种高400 nm的二维周期阵列超宽带强吸波器。其吸收率可达90%以上,吸收带宽几乎可以覆盖完整的太阳光谱,平均吸收率达到96%,即使在较大的波长范围内也保持较高的吸收率(85%以上)。该吸波器为热发射及热光电技术开辟了新的途径。1.3 结合集总元件的宽带吸收器
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于集总电阻加载的小型化超宽带超材料吸波体设计[J]. 吕世奇,高军,曹祥玉,兰俊祥,李思佳,张国雯. 电子与信息学报. 2019(06)
[2]基于超材料的雷达吸波材料研究进展[J]. 沈杨,王甲富,张介秋,李勇峰,郑麟,庞永强,屈绍波. 空军工程大学学报(自然科学版). 2018(06)
[3]Tailoring active color rendering and multiband photodetection in a vanadium-dioxide-based metamaterial absorber[J]. SHICHAO SONG,XIAOLIANG MA,MINGBO PU,XIONG LI,YINGHUI GUO,PING GAO,XIANGANG LUO. Photonics Research. 2018(06)
[4]基于集总元件的超材料吸波器研究进展[J]. 宋健,李敏华,董建峰. 材料导报. 2017(21)
[5]宽波段纳米超材料太阳能吸收器的设计及其吸收特性[J]. 朱路,王杨,熊广,刘媛媛,岳朝政. 光学学报. 2017(09)
[6]基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体设计[J]. 邹涛波,胡放荣,肖靖,张隆辉,刘芳,陈涛,牛军浩,熊显名. 物理学报. 2014(17)
[7]基于磁谐振器加载的宽频带超材料吸波体的设计[J]. 顾超,屈绍波,裴志斌,徐卓,柏鹏,彭卫东,林宝勤. 物理学报. 2011(08)
博士论文
[1]宽带吸波元件及其在太阳能相关器件中的应用[D]. 莫磊.浙江大学 2015
本文编号：3402557
【文章来源】：材料工程. 2020,48(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
用于太阳能的吸波器结构示意图[43]
以上设计表明平面排列结构吸波器结构简单,易于制备,而且能有效利用多峰吸收体来拓宽其吸收带宽,因此近年来,国内外研究者利用平面宽频吸收器的特性,开发出多种器件。Ma等[27]设计并制作了一个太赫兹频率范围内的高阻硅双频谐振器,结构如图1(d)所示。该装置设计用于2.6,4.3 THz。测量结果与模拟数据吻合良好,这些双波段共振装置可用于双波段光谱成像和多波段生物传感器。Kafesaki等[28]基于开口谐振环单元(split-ring resonators,SRR)提出了一种太赫兹超材料理论模型,通过在各种SRR中适当地放置光电导半导体,来实现光学可切换和可调谐特性。半导体可以用作衬底材料,也可以被放置在SRR结构的关键部位。其原理是,当用光泵激励半导体时,半导体材料可以从绝缘状态转变为导电状态,表现出类似于开关的效果,调节超材料结构单元的响应特性,从而进一步实现对入射光束的蓝移/红移及宽带相位调制。但需要指出的是,为了利用超原子与入射电磁波之间的共振耦合效应实现宽频吸收,平面排列结构吸波器共振单元的尺寸、形状及排列方式必须严格设计。因此,在微波频段,平面排列吸波器的体积往往偏大,不利于器件小型化设计及应用。
而对于频率高于太赫兹的红外及可见光频段,工作波长进一步减小。与平面结构相比,垂直结构往往较为复杂,几何尺寸的缩小会在客观上导致加工难度的提升,这在一定程度上限制了其应用领域。但是,这并不意味着垂直结构不适用于红外及可见光频段。事实上,国内外的相关研究结果表明,在红外及可见光频段,垂直结构吸波器依然存在极大的应用潜力。Ji等[33]设计了一种基于双曲线超材料波导锥形阵列宽带超吸收结构,该结构可以调节从近红外到中红外光谱区域的吸收特性。Ding等[34]设计了一种在金基底上由铝铬一次重复堆叠构建的周期性锥形阵列超宽带强吸波器,结构如图2(e)所示。实验结果显示该吸波器对入射角的灵敏度较低,对偏振不敏感。根据相同的原理,Ding等又设计了一种高400 nm的二维周期阵列超宽带强吸波器。其吸收率可达90%以上,吸收带宽几乎可以覆盖完整的太阳光谱,平均吸收率达到96%,即使在较大的波长范围内也保持较高的吸收率(85%以上)。该吸波器为热发射及热光电技术开辟了新的途径。1.3 结合集总元件的宽带吸收器
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于集总电阻加载的小型化超宽带超材料吸波体设计[J]. 吕世奇,高军,曹祥玉,兰俊祥,李思佳,张国雯. 电子与信息学报. 2019(06)
[2]基于超材料的雷达吸波材料研究进展[J]. 沈杨,王甲富,张介秋,李勇峰,郑麟,庞永强,屈绍波. 空军工程大学学报(自然科学版). 2018(06)
[3]Tailoring active color rendering and multiband photodetection in a vanadium-dioxide-based metamaterial absorber[J]. SHICHAO SONG,XIAOLIANG MA,MINGBO PU,XIONG LI,YINGHUI GUO,PING GAO,XIANGANG LUO. Photonics Research. 2018(06)
[4]基于集总元件的超材料吸波器研究进展[J]. 宋健,李敏华,董建峰. 材料导报. 2017(21)
[5]宽波段纳米超材料太阳能吸收器的设计及其吸收特性[J]. 朱路,王杨,熊广,刘媛媛,岳朝政. 光学学报. 2017(09)
[6]基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体设计[J]. 邹涛波,胡放荣,肖靖,张隆辉,刘芳,陈涛,牛军浩,熊显名. 物理学报. 2014(17)
[7]基于磁谐振器加载的宽频带超材料吸波体的设计[J]. 顾超,屈绍波,裴志斌,徐卓,柏鹏,彭卫东,林宝勤. 物理学报. 2011(08)
博士论文
[1]宽带吸波元件及其在太阳能相关器件中的应用[D]. 莫磊.浙江大学 2015
本文编号：3402557
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