本文關(guān)鍵詞：寬尺度完美吸收材料及其應(yīng)用研究

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【摘要】：從上個(gè)世紀(jì)開始,納米科技得到了迅速的發(fā)展。近來,在光學(xué)領(lǐng)域中我們將目光聚集在了特異性材料和表面等離子體上面。特異性材料與傳統(tǒng)材料不同,在自然界中我們無法找到這類材料。完美吸收材料是特異性材料的一個(gè)重要分支,因?yàn)檫@類材料在工作波段內(nèi)對(duì)入射電磁波的響應(yīng)表現(xiàn)出完美吸收的特性,所以讓很多科學(xué)家的眼球聚焦在了它們上面。完美吸收材料的工作波長已經(jīng)從紅外波段發(fā)展到了可見光波段,從單波段發(fā)展到了兩個(gè)波段、三個(gè)波段甚至寬波段�？茖W(xué)家研究完美吸收材料的動(dòng)機(jī)最初來源于微波領(lǐng)域,這是由于完美吸收材料可以提高雷達(dá)的性能并且能夠減小雷達(dá)的反射從而使物體達(dá)到隱藏自身的目的。因此,這類材料可以運(yùn)用于軍事上�，F(xiàn)在,電磁波完美吸收材料不僅被應(yīng)用在軍事上還被應(yīng)用到了民事上,例如黑體輻射、生物傳感、光伏和空間光調(diào)制器等。在這篇論文中,利用時(shí)域有限差分(FDTD)算法我們?cè)敿?xì)地介紹了正六棱柱陣列、四個(gè)正六棱柱形成一個(gè)周期的陣列、圓環(huán)嵌套陣列這三種周期性結(jié)構(gòu)�；诮饘�-電解質(zhì)-金屬方案設(shè)計(jì)的完美吸收材料通常由三層組成.最上層的周期性陣列與入射電磁波相互作用產(chǎn)生局域等離子體共振,用這樣的方式可以將入射電磁波的能量局限在結(jié)構(gòu)體內(nèi)。中間的電解質(zhì)層通常是由高損耗材料填充,用于吸收共振能量。底層充當(dāng)反射板的作用以阻止入射電磁波的透射,因此這層金屬的厚度必須大于它們的趨膚深度。在未來的研究中,設(shè)計(jì)出高吸收、寬波段、寬入射角和極化免疫的完美吸收材料是我們的一個(gè)重要目標(biāo)。我們所設(shè)計(jì)的正六棱柱陣列是一種新穎的光吸收材料,它具有制作尺寸靈活、對(duì)入射光的響應(yīng)表現(xiàn)出的特性等優(yōu)點(diǎn)。我們利用FDTD Solutions仿真軟件分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)吸收率和吸收波長的影響。另外,當(dāng)正六棱柱外接圓的半徑從280納米增加到400納米的過程中,吸收峰從兩個(gè)增加到了三個(gè)。令我們驚奇的是,第一個(gè)吸收峰幾乎不會(huì)隨著結(jié)構(gòu)尺寸的增大而發(fā)生紅移,這在未來的應(yīng)用中可能存在很大的價(jià)值。為了得到寬波段的完美吸收材料,我們將幾個(gè)不同尺寸的正六棱柱有規(guī)律地排列在一個(gè)單元中,用這種方法我們得到了寬波段的吸收材料。另外,我們還設(shè)計(jì)出了三個(gè)圓環(huán)相嵌套的周期性結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)在很寬的波段內(nèi)具有完美吸收特性,并且由于這種結(jié)構(gòu)的高度對(duì)稱性而表現(xiàn)出對(duì)入射光極化角的免疫性。
【關(guān)鍵詞】：超材料 吸收體 寬波段
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB34
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 引言10-11
• 1.2 完美吸收材料研究的背景及意義11-12
• 1.3 最新研究動(dòng)態(tài)12-13
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容及相關(guān)章節(jié)介紹13-14
• 第二章 特異性材料的光學(xué)特性分析14-29
• 2.1 金屬納米結(jié)構(gòu)中的等離子體激元14-16
• 2.2 光學(xué)模色散圖及局域和集體共振16-19
• 2.3 納米結(jié)構(gòu)陣列的自由空間耦合19-21
• 2.3.1 時(shí)間耦合模理論19-21
• 2.3.2 納米腔陣列的完美吸收21
• 2.4 金屬納米腔陣列中的吸收21-29
• 2.4.1 淺金屬光柵22-23
• 2.4.2 深金屬槽和空隙23-24
• 2.4.3 金屬-絕緣體-金屬納米腔陣列24-29
• 第三章 基于FDTD的微納結(jié)構(gòu)的數(shù)值計(jì)算方法29-39
• 3.1 麥克斯韋方程29-33
• 3.1.1 三維麥克斯韋方程29-31
• 3.1.2 二維麥克斯韋方程31-32
• 3.1.3 一維麥克斯韋方程32-33
• 3.2 Yee算法33-36
• 3.3 時(shí)域有限差分法的邊界條件36-37
• 3.4 時(shí)域有限差分法商業(yè)軟件介紹37-39
• 第四章 基于FDTD的完美吸收材料的仿真分析39-55
• 4.1 正六棱柱陣列的仿真分析39-46
• 4.2 寬波段完美吸收材料的仿真分析46-49
• 4.3 周期性納米圓環(huán)嵌套陣列49-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 納米吸收材料的應(yīng)用55-68
• 5.1 黑體輻射55-62
• 5.2 生物傳感62-63
• 5.3 光學(xué)檢測63-65
• 5.4 光伏65
• 5.5 抑制有害細(xì)胞生長65-68
• 第六章 總結(jié)及展望68-70
• 6.1 總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果75-76

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本文編號(hào)：572925