【摘要】：超材料是一類人工復(fù)合型結(jié)構(gòu)或材料,它具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)。通過嚴格而復(fù)雜的人工設(shè)計可以表現(xiàn)出負折射、隱形、電磁誘導透明、完美吸收和單向無反射等物理特性。超材料的發(fā)現(xiàn)為電磁理論開辟了一個全新的研究方向,為材料設(shè)計領(lǐng)域提供了一種全新的思路。本論文對金屬環(huán)納米超材料的光學特性進行研究,主要開展如下工作:1、以超材料理論為基礎(chǔ)設(shè)計了一個環(huán)形的共振器,利用高階磁等離子共振實現(xiàn)超窄帶完美吸收。由于采用了圓環(huán)形狀結(jié)構(gòu),系統(tǒng)與偏振無關(guān)。研究表明:對于厚度t為60 nm的MgF2在本征共振頻率178.76 THz處其吸收率為～56%,帶寬為347 nm;在高階共振頻率424.5 THz處其吸收率為～1,帶寬僅為13 nm�？梢�,基于高階共振模式的吸收率高于本征共振模式,而基于高階共振模式的帶寬窄于本征共振模式。此外,根據(jù)共振波長下環(huán)境介質(zhì)折射率變化所引起的相對反射率變化關(guān)系計算了基于高階等離子共振的完美吸收峰的品質(zhì)因數(shù)(FOM*)和靈敏度分別約為3700和190nm/RIU。2、在金屬環(huán)納米超材料系統(tǒng)中異常點(EP)處實現(xiàn)一個可控的單向無反射傳播。由于采用了兩個圓環(huán)共振器,系統(tǒng)與偏振無關(guān)。研究表明:當兩個銀圓環(huán)共振器間的距離s為485 nm且入射波沿著+z方向激發(fā)時,在波長1441 nm處反射率為～0;當減小距離s到395 nm且入射波沿著-z方向激發(fā)時,在波長1387 nm處反射率為～0�？梢娡ㄟ^調(diào)節(jié)兩個銀圓環(huán)共振器間的距離s可實現(xiàn)在不同波長下的雙向的單向無反射傳播。此外,該結(jié)構(gòu)在近EPs點處可作為一個窄帶完美吸收器,其吸收率超過96%且吸收峰的Q-factor值為～41。總之,基于金屬環(huán)納米超材料的可調(diào)性實現(xiàn)了超窄帶完美吸收和單向無反射傳播,這些光學特性為傳感器、探測器和濾波器等領(lǐng)域提供潛在的應(yīng)用價值。
【圖文】：

感器［３３，３６１等，這些吸收器更具有實用性。逡逑在寬帶完美吸收器研究方面，，２０１２年，0１１〖等人＿利用梯形各向異性的起材逡逑料板實現(xiàn)了超寬帶完美吸收，其結(jié)構(gòu)如圖１．１所示。結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為Ｐ＝邋８００邋ｎｍ，逡逑Ｔ邋＝邋１０００邋ｎｍ，Ｗｓ邋＝邋１５０邋ｎｍ，Ｗｉ邋＝邋６００邋ｎｍ，ｔｄ邋＝邋３５邋ｎｍ邋和邋ｔｍ邋＝邋１５邋ｎｍ。ＴＭ邋偏振逡逑光沿著＋ｚ方向入射，用耦合波分析方法對超材料結(jié)構(gòu)進行模擬，其吸收率超過逡逑９５％，半高寬為工作波長的８６％。如圖１．２所示，高吸收率和寬帶特性維持在非常逡逑寬的入射角范圍內(nèi)。短波長的光被捕獲在梯形超材料板的上部，而長波長的光被逡逑捕獲在梯形超材料板的下部。可見，該結(jié)構(gòu)具有高吸收、超寬帶和入射角不敏感逡逑２逡逑

邐Ｊ邐０．５邋０．７邋０．９邋ｌ．ｌ＂？７．３邐ｉ．５逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（＾ｉｎｉ）逡逑圖１．３：超窄帶完美吸收器㈤結(jié)構(gòu)圖和㈦吸收光譜圖逡逑等優(yōu)點。逡逑在窄帶完美吸收器研究方面，２０１４年，浙江大學的Ｚｈａｏ等人＿提出一個由逡逑Ａｇ－Ａｌ２０３－Ａｇ組成的超窄帶吸收器，結(jié)構(gòu)如圖１．３⑷所示。結(jié)構(gòu)參數(shù)為：ｄ邋＝邋５０逡逑ｎｍ和ｈ邋＝邋１５０邋ｎｍ。圖１．３（ｂ）是超窄帶吸收器的吸收光譜，由于Ｆａｂｒｙ－Ｐ６ｒｏｔ邋（ＦＰ）逡逑共振和銀的固有損失的影響，光被完整的捕獲在結(jié)構(gòu)當中，插圖展示出共振波長逡逑處放大的吸收光譜，其吸收率超過９５％且吸收峰帶寬少于５邋ｎｍ。通過增加金屬逡逑和電介質(zhì)膜的厚度，可使吸收峰從可見光藍移到近紅外區(qū)域。逡逑在雙帶完美吸收器研宄方面，２０１２年，Ｃｈｅｎ等人Ｍｌ基于一個十字形納米天逡逑線實現(xiàn)了一個雙帶完美吸收器
【學位授予單位】：延邊大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

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