發(fā)布時間：2021-01-24 22:43

　　電磁超材料是一種依賴于人工結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)超常電磁響應(yīng)的復(fù)合型材料。超材料超常的電磁性質(zhì)不僅與材料的屬性相關(guān),更與人工結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的尺寸、以及結(jié)構(gòu)的排列方式密切相關(guān),因此電磁超材料的設(shè)計非常靈活。由于電磁超材料吸收器在性能與設(shè)計上的雙重優(yōu)勢,使之在微波、太赫茲、近紅外以及可見光波段都得到了廣泛的研究,其中紅外超材料吸收器在紅外探測技術(shù)、紅外成像、紅外隱身、熱光伏、太陽能電池,以及敏感探測等領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展前景和巨大的應(yīng)用潛力,近幾年來迅速成為人工電磁結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的研究熱點。隨著研究的進展,電磁超材料吸收器的帶寬問題引起大家的廣泛關(guān)注。由于電磁超材料吸收器的諧振特性,其吸收頻率與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān),表現(xiàn)為大多數(shù)結(jié)構(gòu)均為窄帶吸收。迄今為止,國內(nèi)外各個研究團隊提出了各種寬帶中紅外超材料吸收器,采用的主要方法是將不同尺寸的單元結(jié)構(gòu)組合在一個周期結(jié)構(gòu)里面,根據(jù)結(jié)構(gòu)的諧振特性,一個尺寸的單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個吸收峰,因而多尺寸的單元結(jié)構(gòu)組合起來就能產(chǎn)生一個吸收帶,這種方法能有效地拓展帶寬,但是拓展之后的帶寬仍不足,平均吸收率仍有提升空間;且多尺寸的圖案化結(jié)構(gòu)增加了制備工藝的復(fù)雜度和難度。因此,采用單一尺... 

【文章來源】：四川師范大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：46 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

超材料的效果圖及樣品圖[12-14]

床牧系謀礱嫘枰?迪腫榪蠱ヅ洌?庋?绱挪ň】贍艿亟?胛?掌髂誆浚灰?爰跣⊥干洌?那么需要使用具有較好的衰減特性的材料，這樣進入吸收器的電磁波會快速地衰減[20]。因此，大多數(shù)的電磁超材料吸收器的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成[21-28]，分別是阻擋電磁波透射的底層反射金屬（Metal），支撐頂層圖案化金屬結(jié)構(gòu)的中間介質(zhì)層（Insulator)，以及頂層圖案化金屬（Metal）結(jié)構(gòu)，簡稱MIM結(jié)構(gòu)。其實，早在1934年，一位叫Woltersdorff[29]的德國科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)，適當厚度的納米金屬薄膜可以實現(xiàn)強烈地電磁吸收，最高吸收率近50%，如圖1.2所示。圖1.2納米尺度單層金屬的吸收特性[29]2008年，波士頓大學(xué)的W.J.Padilla[30]等首次設(shè)計出電磁超材料吸收器，實現(xiàn)了一種超薄的高性能超材料吸收器，如圖1.3所示。該吸收器的單元結(jié)構(gòu)由三層組成，最底層是金屬片，為了阻擋入射電磁波透過吸收器，故讓金屬片的厚度大于入射電磁波在其中的趨膚深度；中間是一層介質(zhì)層；介質(zhì)層上方是由金屬做成的電諧振器，而其單元結(jié)構(gòu)是由外側(cè)的金屬環(huán)和內(nèi)側(cè)的金屬線構(gòu)成，構(gòu)成一個開口的“日”字形結(jié)構(gòu)。該吸收器的整體厚度僅有0.2mm，在11.5GHz處實現(xiàn)了近完美吸收，其吸收率近99%。

1緒論3圖1.3電磁超材料吸收器結(jié)構(gòu)示意圖與光學(xué)特性[30]這種三層結(jié)構(gòu)的吸收器，它的吸收機理是利用入射電磁波與電諧振環(huán)的電場共振來吸收電磁波的電場分量，而上下兩層金屬形成的磁偶極子共振吸收電磁波的磁場分量。這樣電磁波的電場分量和磁場分量都被強烈地局域在此吸收器中，既不會反射電磁波，也不會透射電磁波，從而實現(xiàn)近完美吸收。自此，超材料吸收器吸引了學(xué)者們的諸多關(guān)注，各種各樣的吸收器應(yīng)運而生。同年，Padilla等人[31]在太赫茲波段設(shè)計并制備了類似結(jié)構(gòu)，如圖1.4（a）和（b）所示，他證明這類吸收器可以通過改變尺寸來調(diào)控吸收器的工作波段，并發(fā)現(xiàn)通過一定的優(yōu)化，該材料在大入射角范圍內(nèi)也能實現(xiàn)較好的吸收性能，尤其是在橫磁極化的電磁波在80°斜入射時，該吸收器的吸收率仍大于99%。圖1.4超材料吸收器結(jié)構(gòu)示意圖及其吸收譜[31]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于SPPs的方形凹環(huán)結(jié)構(gòu)MIM濾波器設(shè)計[J]. 劉海瑞,張冠茂,王志爽,喬利濤.  光子學(xué)報. 2018(02)
[2]Principles of electromagnetic waves in metasurfaces[J]. LUO XianGang.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(09)
[3]基于L形諧振腔MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)濾波特性的研究[J]. 龐紹芳,屈世顯,張永元,解憂,郝麗梅.  光學(xué)學(xué)報. 2015(06)
[4]雙節(jié)MIM結(jié)構(gòu)表面等離子體窄帶光學(xué)濾波器[J]. 羅昕,鄒喜華,溫坤華,潘煒,閆連山,李孝峰.  光學(xué)學(xué)報. 2013(11)
[5]吸波材料研究現(xiàn)狀及碳團簇型吸波材料設(shè)計[J]. 徐國亮,蔣剛,朱正和.  原子與分子物理學(xué)報. 2004(S1)

博士論文
[1]亞波長結(jié)構(gòu)材料的寬帶頻率響應(yīng)特性研究[D]. 蒲明博.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2013

碩士論文
[1]基于石墨烯超材料的可調(diào)電磁吸收器研究[D]. 王鳳玲.四川師范大學(xué) 2019
[2]圖案化MIM結(jié)構(gòu)多波段相干完美吸收的特性研究[D]. 黃莎.四川師范大學(xué) 2019
[3]基于電磁超材料的寬帶吸收器的研究[D]. 陳思羽.蘭州大學(xué) 2019
[4]基于高折射率金屬/介質(zhì)/金屬超材料吸收器的研究[D]. 李凌云.電子科技大學(xué) 2019



本文編號：2998064