利用人工電磁介質(zhì)拓展吸波器吸收帶寬,是國內(nèi)外研究人員主要的關(guān)注領(lǐng)域。本文綜述近年來主要研究的基于人工電磁介質(zhì)的寬帶吸波器的典型結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用,分析人工電磁介質(zhì)結(jié)構(gòu)在提高吸波器吸收率方面的機理,介紹基于集總元件擴寬吸波器帶寬的理論模型,強調(diào)人工電磁介質(zhì)在拓展吸波帶寬中的重要作用。最后展望人工電磁介質(zhì)在科技領(lǐng)域的應(yīng)用前景,并指出寬帶電磁吸波器未來的發(fā)展趨勢主要集中在可協(xié)調(diào)性、多物理場耦合以及低成本制備,尤其是高效大面積低成本制備工藝將成為未來吸波器重要的研究方向。 

【文章來源】：材料工程. 2020,48(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

用于太陽能的吸波器結(jié)構(gòu)示意圖[43]

以上設(shè)計表明平面排列結(jié)構(gòu)吸波器結(jié)構(gòu)簡單,易于制備,而且能有效利用多峰吸收體來拓寬其吸收帶寬,因此近年來,國內(nèi)外研究者利用平面寬頻吸收器的特性,開發(fā)出多種器件。Ma等[27]設(shè)計并制作了一個太赫茲頻率范圍內(nèi)的高阻硅雙頻諧振器,結(jié)構(gòu)如圖1(d)所示。該裝置設(shè)計用于2.6,4.3 THz。測量結(jié)果與模擬數(shù)據(jù)吻合良好,這些雙波段共振裝置可用于雙波段光譜成像和多波段生物傳感器。Kafesaki等[28]基于開口諧振環(huán)單元(split-ring resonators,SRR)提出了一種太赫茲超材料理論模型,通過在各種SRR中適當(dāng)?shù)胤胖霉怆妼?dǎo)半導(dǎo)體,來實現(xiàn)光學(xué)可切換和可調(diào)諧特性。半導(dǎo)體可以用作襯底材料,也可以被放置在SRR結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。其原理是,當(dāng)用光泵激勵半導(dǎo)體時,半導(dǎo)體材料可以從絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài),表現(xiàn)出類似于開關(guān)的效果,調(diào)節(jié)超材料結(jié)構(gòu)單元的響應(yīng)特性,從而進一步實現(xiàn)對入射光束的藍(lán)移/紅移及寬帶相位調(diào)制。但需要指出的是,為了利用超原子與入射電磁波之間的共振耦合效應(yīng)實現(xiàn)寬頻吸收,平面排列結(jié)構(gòu)吸波器共振單元的尺寸、形狀及排列方式必須嚴(yán)格設(shè)計。因此,在微波頻段,平面排列吸波器的體積往往偏大,不利于器件小型化設(shè)計及應(yīng)用。

而對于頻率高于太赫茲的紅外及可見光頻段,工作波長進一步減小。與平面結(jié)構(gòu)相比,垂直結(jié)構(gòu)往往較為復(fù)雜,幾何尺寸的縮小會在客觀上導(dǎo)致加工難度的提升,這在一定程度上限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。但是,這并不意味著垂直結(jié)構(gòu)不適用于紅外及可見光頻段。事實上,國內(nèi)外的相關(guān)研究結(jié)果表明,在紅外及可見光頻段,垂直結(jié)構(gòu)吸波器依然存在極大的應(yīng)用潛力。Ji等[33]設(shè)計了一種基于雙曲線超材料波導(dǎo)錐形陣列寬帶超吸收結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)從近紅外到中紅外光譜區(qū)域的吸收特性。Ding等[34]設(shè)計了一種在金基底上由鋁鉻一次重復(fù)堆疊構(gòu)建的周期性錐形陣列超寬帶強吸波器,結(jié)構(gòu)如圖2(e)所示。實驗結(jié)果顯示該吸波器對入射角的靈敏度較低,對偏振不敏感。根據(jù)相同的原理,Ding等又設(shè)計了一種高400 nm的二維周期陣列超寬帶強吸波器。其吸收率可達(dá)90%以上,吸收帶寬幾乎可以覆蓋完整的太陽光譜,平均吸收率達(dá)到96%,即使在較大的波長范圍內(nèi)也保持較高的吸收率(85%以上)。該吸波器為熱發(fā)射及熱光電技術(shù)開辟了新的途徑。1.3 結(jié)合集總元件的寬帶吸收器

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]寬帶吸波元件及其在太陽能相關(guān)器件中的應(yīng)用[D]. 莫磊.浙江大學(xué) 2015



本文編號：3402557