金屬螺旋超材料的吸收特性研究.pdf

1、寬頻帶、偏振無關(guān)的高性能光學(xué)吸波材料在高效太陽能利用、光通信以及光電傳感等方面有著廣泛的應(yīng)用前景,是近年來光電領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。當(dāng)前,許多光學(xué)吸波材料工作頻帶較窄,對入射光的偏振態(tài)敏感,很大程度上限制了光學(xué)吸波材料的廣泛應(yīng)用。
　　2009年J.KGansel等人首先發(fā)現(xiàn)了金屬螺旋結(jié)構(gòu)超材料的寬頻圓二向色性,隨后,許多研究團(tuán)隊(duì)也對其進(jìn)行了廣泛地研究和報(bào)道。但是,這些研究僅局限于金屬螺旋結(jié)構(gòu)超材料的透射特性,并未涉及其反射特性和吸

2、收特性。因此,基于前期研究基礎(chǔ),本論文進(jìn)一步開展了以下兩個(gè)主要方面的研究工作:
　　(1)對金屬螺旋結(jié)構(gòu)超材料的吸收特性的研究。利用時(shí)域有限差分算法(Finite Difference Time Domain,FDTD),系統(tǒng)地開展了對單、雙、三和四螺旋結(jié)構(gòu)超材料的透射和反射特性的數(shù)值仿真,并由透射和反射特性推導(dǎo)出它們的吸收特性。研究結(jié)構(gòu)表明,單、雙螺旋結(jié)構(gòu)的吸收帶寬很窄且平均吸收率較低;三、四螺旋結(jié)構(gòu)的吸收帶寬很寬且平均吸收率很

3、高。我們運(yùn)用螺旋天線理論和多元天線陣的互阻抗輻射模型對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。同時(shí),本文還以三螺旋結(jié)構(gòu)為例,分析了其吸收特性與螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。
　　(2)設(shè)計(jì)基于螺旋結(jié)構(gòu)超材料的光學(xué)吸波材料。根據(jù)本文對螺旋結(jié)構(gòu)超材料的吸收特性的研究以及當(dāng)前光學(xué)吸波材料的研究方向,本文首次提出將三螺旋結(jié)構(gòu)超材料用于制備具有寬頻和偏振不敏感性的光學(xué)吸波材料。文中提出了兩種設(shè)計(jì)思路:外消旋式設(shè)計(jì)和反射式設(shè)計(jì),比較了兩者在吸收帶寬和偏振不敏感特性上的