1 空军航空大学 航空作战勤务学院, 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室, 吉林 长春 130033
为了实现窄带完美吸收，本文提出了一种简单的三层金-二氧化硅-金薄膜(MDM)结构。通过电磁波时域差分算法(FDTD)进行模拟仿真和理论计算，详细分析了该结构的可调谐吸收特性，同时建立了理论模型，分析了其中存在的电磁模式以及窄带完美吸收的物理机制。首先，利用电磁波时域差分算法和传输矩阵算法(TMM)对该结构进行了理论计算，详细地分析了各个结构参数对吸收光谱的影响。然后，对该结构形成的窄带完美吸收物理机制进行了分析讨论。最后，利用磁控溅射制备手段，成功制备了三层结构的样片。实验观测到的结果与理论仿真一致。实验结果表明：本文提出的窄带完美吸收结构，最窄带宽约为21 nm，最高吸收可达99.51%，基本实现了窄带完美吸收。本文研究成果为相关应用奠定了基础。
薄膜 完美吸收 超薄薄膜 thin film perfect absorber ultrathin film 光子学报
2023, 52(10): 1052404
1 四川轻化工大学化学与环境工程学院，四川 自贡 643000
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
电磁超材料完美吸收器独特的亚波长结构能够与入射电磁波产生有效的电磁共振，在特定的频率范围内能够达到近乎100%的完美吸收。近年来，电磁超材料完美吸收器，特别是太赫兹波段完美吸收器受到了国内外研究人员的广泛关注，取得了一定进展。综述了基于太赫兹波段的电磁超材料完美吸收器的研究进展，阐述了超材料吸收器的基本结构特征、性能以及理论模型，并对太赫兹完美吸收器的未来发展趋势以及应用前景作了简要探讨。
材料 电磁超材料完美吸收器 太赫兹单频吸收器 太赫兹双/多频吸收器 太赫兹宽频吸收器 太赫兹可调谐吸收器 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1100006
Author Affiliations
Abstract
Jiangxi Provincial Key Laboratory of Optoelectronic and Telecommunication, Jiangxi Key Laboratory of Nanomaterials and Sensors, College of Physics and Communication Electronics, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China
Perfect absorbers (PAs) are devices that can efficiently absorb electromagnetic waves. Great attention has been attracted since metamaterial PAs (MPAs) were first proposed in 2008. In recent years, with the development of nanophotonics and the improvement of nanomanufacturing technology, considerable progresses have been achieved in designing MPAs using new materials and new structures. In this review, we summarized first the latest developments of PAs from five directions: dual-band, multi-band, wideband, narrow-band, and tunable light absorption. The shortcomings of the previous PAs and the latest improvements were introduced as well. Then, the application of perfect absorption in solar cells, sensors, switches, and structural colors was discussed. Finally, we presented the main challenges and prospects in these fields. Novel PAs for applications in a wide field of opto-electronic devices will continuously progress with breakthrough advances in absorbers related technology and science.
perfect absorber metamaterials sensor solar absorption switch structural color Chinese Optics Letters
2022, 20(7): 073603
Department of Electrical and Computer Engineering, University of Illinois at Chicago, Chicago, IL 60607, USA
Frontiers of Optoelectronics
2021, 14(2): 211–220
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 四川智溢实业有限公司，四川 成都 610041
超材料完美吸波体是一种典型的电磁功能材料，在包括高效太阳能利用等领域有巨大的应用前景。迄今的工作主要集中在工作波长的可调谐性以及双波段、三波段甚至宽带吸收方面。激光防护等特殊应用要求超材料完美吸波体在指定波长附近拥有窄带吸收性能，然而这方面的研究当前还比较少。基于铝反射镜-SiO2介质层-铝圆盘的三层结构，设计并数值模拟研究了一种工作在1 064 nm的窄带超材料完美吸波体。通过对比发现，相比于利用小尺寸结构单元的表面等离子体振荡基模，利用大尺寸结构单元的表面等离子体振荡高阶模式，可以在指定波长处得到线宽更窄的完美吸收效果。进一步，通过对介质层厚度、圆盘直径和晶格周期等主要结构参数进行系统研究，揭示了各个结构参量对于超材料完美吸波体光学响应的影响规律。在此基础上，通过对结构参数的优化，最终得到了透过率为0、反射率低至8.56×10?5、模式线宽约为55 nm的高性能、窄带超材料完美吸波体设计。由于该工作中涉及的所有材料均CMOS兼容，同时结构单元的特征尺寸也处于光刻技术易于加工的区间，因此拥有良好的大规模实际应用前景。
超材料 表面等离子体 窄带完美吸波体 CMOS兼容 偏振不敏感 metamaterial plasmonics narrow-band perfect absorber CMOS compatibility polarization insensitive 红外与激光工程
2020, 49(5): 20190489
1 中北大学仪器与电子学院, 山西, 太原 030051
2 中北大学电子测试技术国防科技重点实验室, 山西, 太原 030051
3 北京宇航系统工程研究院, 北京 100000
设计了一个由金纳米结构顶层、中间介质层和金属基底层构成的复合超材料结构。其中,金属纳米结构顶层是由三个椭圆形纳米盘所组成的“工”字形单元阵列,中间介质层是二氧化硅,金属基底层是金膜。利用有限元方法研究了该结构的吸收特性、电场分布及折射率传感特性。结果表明:该结构的吸收光谱中出现了三个吸收峰,其吸收率分别达到91.06%、99.63%和97.26%。此外,研究了结构参数和周围环境介质对吸收率的影响及其折射率变化的响应特性,折射率灵敏度最大达到425 nm/RIU(RIU为单位折射率),品质因数(FOM)为14。这些研究将为基于表面等离激元超材料结构的完美吸收器用作折射率传感器提供理论指导。
表面光学 表面等离激元 完美吸收器 有限元方法 折射率传感器 光学学报
2020, 40(14): 1424001
1 贵阳学院食品与制药工程学院, 贵州 贵阳 550005
2 贵阳学院电子与通信工程学院, 贵州 贵阳 550005
3 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
设计了一种光控可调谐且具有多个吸收频带的太赫兹超材料吸收器,并采用CST 2014仿真软件对该吸收器的结构进行了仿真。为实现吸收器从单频带到四频带的完美吸收,在吸收器衬底上设计了4个不同长度的金属条。为深入研究该吸收器的传输特性,分别对该吸收器在4个吸收峰处的电场分布进行了仿真。为了进一步实现该吸收器的光控可调谐,利用抽运激光照射填充在两对金属条中间的光敏介质。仿真结果表明,该吸收器在4个吸收峰处的吸收率均超过了95%,共振机理为4个不同长度的金属条所对应共振频率的线性叠加。该吸收器实现了从四频带到双频带的调控。
材料 太赫兹 完美吸收器 超材料 多频带 光控 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 101603
1 上海师范大学, 上海 200234
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
3 上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
设计了一种基于SU8介质材料的工作波段为20-30微米范围内的的多层超材料吸收器.该吸收器由金属颗粒周期阵列、介质间隔层和金属底层组成.利用LC模型和FDTD数值模拟方法, 通过对SU8介质层厚度、金属颗粒阵列周期、金属颗粒尺寸等参数的优化, 实现了对20-30微米波段范围内入射波的接近100%的完美吸收.并在上述研究基础上进一步设计了具有双层谐振腔的双模完美吸收器.通过数值模拟发现, 由于SU8介质间隔层厚度的增加, 上下两个谐振吸收器可以分别独立实现对特定波长的完美吸收.相应的特征共振吸收波长符合LC模型的预测.同时, 数值模拟结果进一步证实了共振吸收频率与入射角度无关.该完美吸收机制可以归因于入射光在金属底层-SU8介质层-金属颗粒层所组成的谐振腔内多次反射吸收.
超材料 完美吸收器 远红外 metamaterial perfect absorber far-IR SU8 SU8
1 东南大学 毫米波国家重点实验室，江苏 南京 210096
2 中国电科 中电科技扬州宝军电子有限公司，江苏 扬州 225003
针对基于功率倒置算法的空时自适应抗干扰技术中天线阵元间互耦误差严重恶化算法性能这一问题，分析比较了目前常见的应对解决方案，并提出一种新的可用于抗干扰卫星导航终端的天线阵列降耦方法。该方法通过在卫星导航抗干扰天线阵列中加载电磁谐振吸波器，降低天线阵元间互耦。实验数据表明，利用该方法可以使阵元间互耦降低10 dB，使抗干扰接收机最大抑制干信比提升5 dB。
卫星导航 空时自适应处理 阵元互耦 完美吸收器 satellite navigation space-time adaptive processing mutual coupling perfect absorber 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(5): 781
