基于电磁超材料的宽带吸收器的研究
发布时间：2020-04-02 17:11
【摘要】：电磁超材料吸收器是一种人为设计制造的周期单元结构,具有设计灵活、厚度轻薄、应用广泛等方面的优点。因此近年来,电磁超材料吸收特性的研究成为热点。超材料吸收器的研究主要从两个方面进行:一是研究窄带吸收器,这种类型的吸收器主要应用在传感器和光学开关;二是研究宽带吸收器,尽可能地拓宽吸收频带,并且吸收特性不受入射角度和偏振状态的影响,这种类型的吸收器在光热转换和隐身装置的设计中发挥巨大的作用。本文主要考虑热光伏系统中能量转换的需求,进行了基于电磁超材料的宽带吸收器的研究,利用有限时域差分法进行仿真计算。我们分别在近红外和太赫兹波段设计了电磁超材料宽带吸收器:1、在近红外波段设计了一种基于传播表面等离激元(PSP)共振和局域表面等离激元(LSP)共振的电磁超材料吸收器,在924 nm至2175nm的波长范围内,90%以上的入射近红外光可以被该超材料吸收器有效吸收,并且该吸收波谱在吸收波段内存在两个波峰,其中短波长波峰为948nm,长波长波峰为1601nm。该宽带吸收是1601nm处LSP谐振和在948nm处发生的传播PSP谐振的组合效应引起的。此外,对电磁波偏振角度、入射角度以及结构参数对超材料吸收器性能的影响进行仿真计算。2、我们在太赫兹波段提出了一种基于磁共振原理的电磁超材料吸收器,通过在一个超材料结构周期内组合多个尺寸不同的谐振单元,实现不同谐振峰的叠加,从而使超材料吸收器的吸收带宽拓宽。在2.48THz到3.25THz的频率范围内,吸收在90%以上的带宽达到770GHz,计算得到该太赫兹超材料宽带吸收器的相对带宽达到约26.9%,并且该吸收波谱在吸收波段内存在两个峰值,其中第一个峰在2.65THz处,第二个峰在3.10THz处。根据仿真得到共振频率点处的电磁场分布和表面电流分布图等,对所设计的超材料宽带吸收器的物理机理进行解释,同时也对电磁超材料样品进行了加工,并通过实验测试了超材料的吸收性能。
【图文】：
逦３．０逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ＴＨｚ）逡逑图１－３邋ｔａ）吸收器截而图（ｂ）俯视图（ｃ）单层、双层和三屋结构的吸收光谱Ｉ３１］逡逑１．２．２红外及可见光超材料吸收器逡逑在超材料吸收器研究的前期，，由于受到当时加：ｔ技术的限制，大多学者仍设逡逑计尺寸较大，工作在微波段和太赫兹波段的吸收器。随着微纳旭工工艺的进步，逡逑微纳结构的加工得以实现，超材料吸收器的研究也不在受到波段的限制。许多学逡逑者开始研究尺寸更小，Ｉ作波段为红外乃室可见光的超材料吸收器。这种工作波逡逑段的吸收器主要在能量转换收集以及探测系统中有许多应用。逡逑２０１０年，Ｌｉｕ等人［３２］设计了工作频段在红外波段超材料吸收器，如图１－４所逡逑示，单元结构的谐振单元为十字形结构，这种十字形结构可以在红外波段进行加逡逑３：，通过模拟显示在郎ｍ的吸收率达到９８％，并且实验数据和仿真结果实现很逡逑好地吻合。逡逑＾０逦１．0｜￣１邋￣Ｉ￣￣Ｉ￣１邋Ａ邋＿￣Ｉ￣１邋￣Ｉ￣１邋￣￣Ｉ￣１邋￣Ｉ￣１邋￣逡逑Ｓ邋０邋４－逦／逦＼＼逡逑————逦＜邋０．２邋－邋Ｊ逡逑ｗ逦
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本文编号：2612214
【图文】：
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