宽尺度完美吸收材料及其应用研究

发布时间：2017-07-25 19:30

  本文关键词：宽尺度完美吸收材料及其应用研究

  更多相关文章： 超材料 吸收体 宽波段

【摘要】：从上个世纪开始,纳米科技得到了迅速的发展。近来,在光学领域中我们将目光聚集在了特异性材料和表面等离子体上面。特异性材料与传统材料不同,在自然界中我们无法找到这类材料。完美吸收材料是特异性材料的一个重要分支,因为这类材料在工作波段内对入射电磁波的响应表现出完美吸收的特性,所以让很多科学家的眼球聚焦在了它们上面。完美吸收材料的工作波长已经从红外波段发展到了可见光波段,从单波段发展到了两个波段、三个波段甚至宽波段。科学家研究完美吸收材料的动机最初来源于微波领域,这是由于完美吸收材料可以提高雷达的性能并且能够减小雷达的反射从而使物体达到隐藏自身的目的。因此,这类材料可以运用于军事上。现在,电磁波完美吸收材料不仅被应用在军事上还被应用到了民事上,例如黑体辐射、生物传感、光伏和空间光调制器等。在这篇论文中,利用时域有限差分(FDTD)算法我们详细地介绍了正六棱柱阵列、四个正六棱柱形成一个周期的阵列、圆环嵌套阵列这三种周期性结构。基于金属-电解质-金属方案设计的完美吸收材料通常由三层组成.最上层的周期性阵列与入射电磁波相互作用产生局域等离子体共振,用这样的方式可以将入射电磁波的能量局限在结构体内。中间的电解质层通常是由高损耗材料填充,用于吸收共振能量。底层充当反射板的作用以阻止入射电磁波的透射,因此这层金属的厚度必须大于它们的趋肤深度。在未来的研究中,设计出高吸收、宽波段、宽入射角和极化免疫的完美吸收材料是我们的一个重要目标。我们所设计的正六棱柱阵列是一种新颖的光吸收材料,它具有制作尺寸灵活、对入射光的响应表现出的特性等优点。我们利用FDTD Solutions仿真软件分析了结构参数对吸收率和吸收波长的影响。另外,当正六棱柱外接圆的半径从280纳米增加到400纳米的过程中,吸收峰从两个增加到了三个。令我们惊奇的是,第一个吸收峰几乎不会随着结构尺寸的增大而发生红移,这在未来的应用中可能存在很大的价值。为了得到宽波段的完美吸收材料,我们将几个不同尺寸的正六棱柱有规律地排列在一个单元中,用这种方法我们得到了宽波段的吸收材料。另外,我们还设计出了三个圆环相嵌套的周期性结构,这种结构在很宽的波段内具有完美吸收特性,并且由于这种结构的高度对称性而表现出对入射光极化角的免疫性。
【关键词】：超材料 吸收体 宽波段
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 引言10-11
• 1.2 完美吸收材料研究的背景及意义11-12
• 1.3 最新研究动态12-13
• 1.4 论文的主要研究内容及相关章节介绍13-14
• 第二章 特异性材料的光学特性分析14-29
• 2.1 金属纳米结构中的等离子体激元14-16
• 2.2 光学模色散图及局域和集体共振16-19
• 2.3 纳米结构阵列的自由空间耦合19-21
• 2.3.1 时间耦合模理论19-21
• 2.3.2 纳米腔阵列的完美吸收21
• 2.4 金属纳米腔阵列中的吸收21-29
• 2.4.1 浅金属光栅22-23
• 2.4.2 深金属槽和空隙23-24
• 2.4.3 金属-绝缘体-金属纳米腔阵列24-29
• 第三章 基于FDTD的微纳结构的数值计算方法29-39
• 3.1 麦克斯韦方程29-33
• 3.1.1 三维麦克斯韦方程29-31
• 3.1.2 二维麦克斯韦方程31-32
• 3.1.3 一维麦克斯韦方程32-33
• 3.2 Yee算法33-36
• 3.3 时域有限差分法的边界条件36-37
• 3.4 时域有限差分法商业软件介绍37-39
• 第四章 基于FDTD的完美吸收材料的仿真分析39-55
• 4.1 正六棱柱阵列的仿真分析39-46
• 4.2 宽波段完美吸收材料的仿真分析46-49
• 4.3 周期性纳米圆环嵌套阵列49-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 纳米吸收材料的应用55-68
• 5.1 黑体辐射55-62
• 5.2 生物传感62-63
• 5.3 光学检测63-65
• 5.4 光伏65
• 5.5 抑制有害细胞生长65-68
• 第六章 总结及展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间取得的成果75-76

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