1 国防科技大学 电子科学与工程学院, 长沙 410073
2 长沙理工大学 物理与电子科学学院, 长沙 410114
为了研究当单层石墨烯位于多层Fabry-Pérot(F-P)谐振腔中时, 系统近全吸波模式与多层F-P谐振腔数目之间的关系, 同时提高系统对吸波模式的调控能力, 采用严格耦合波分析法, 对石墨烯多层F-P谐振腔系统的吸波响应进行了研究, 分析了临界耦合条件下双层和3层F-P谐振腔结构的光谱响应特征。结果表明, 双层和3层F-P谐振腔可调谐近全吸波体, 分别形成了两个99%以上和3个96%以上的近全吸波模式; 通过对石墨烯掺杂可以实现对3层F-P谐振腔系统吸波特性的调节, 通过改变3层谐振腔的结构可以控制系统吸收模式的数量和相对位置。该研究为可调近全吸波系统引入更丰富的吸波线型。
光学器件 吸波体 严格耦合波分析 Fabry-Pérot谐振 石墨烯 optical devices absorber rigorous coupled-wave analysis Fabry-Pérot resonance graphene
1 云南农业大学 理学院，云南 昆明 650201
2 云南大学 信息学院，云南 昆明 650091
提出了基于狄拉克半金属（BDS）和二氧化钒（VO2）的三频带（triple-band）双调谐吸波体，通过时域有限差分法和等效电路模型（ECM）分析了吸波体的电磁特性。研究表明：当VO2呈现出纯金属态时，吸波体会出现三个明显的吸收峰，平均吸收率为98.64%。同时，通过改变BDS费米能量和VO2电导率可以动态调谐吸波体吸收峰处的谐振频率和吸收率。最后，分别讨论了吸波体吸波特性随BDS层、VO2层和中间介质层厚度的变化规律。这为多带双调谐滤波器、吸波体的设计提供了理论依据。
吸波体 狄拉克半金属 二氧化钒 双调谐 absorber Dirac semimetal vanadium dioxide dual-tunable
1 三峡大学石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心，湖北 宜昌 443002
2 三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002
在获得石墨烯（RGO）/聚乳酸（PLA）、RGO/四氧化三铁（Fe3O4）/PLA多种复合吸波线材的基础上，利用熔融沉积成形技术打印了三层角锥吸波体。利用CST仿真与实验研究了吸波剂组合和分布方式（水平梯度分布和立体梯度分布）对角锥吸波性能的影响，并揭示了吸波机理。研究结果表明，对于均质吸波体，双组元吸波剂吸收性能更佳，且吸波性能随石墨烯的含量增加而改善；对于吸波剂梯度分布吸波体（此时锥体高度为16 mm，底面尺寸为10 mm10 mm），立体梯度分布时（加入质量分数分别为3%、5%、7%的三层吸波剂石墨烯）可获得最强吸波效果：在6.1~18.0 GHz范围内的反射损耗低于-10 dB，有效吸波带宽可达11.9 GHz以上，在17.2 GHz处达到最高吸收强度为-45.8 dB；相对吸波剂组合，分布方式对角锥吸波能力具有更大影响，立体分布方式的吸波体一方面改善阻抗匹配特性，保证有效吸波带宽，另一方面增大多重散射、反射与球状衍射损耗，提高吸波强度。
材料 三层角锥吸波体 石墨烯复合吸波剂 分布方式 熔融沉积成形 吸波性能 吸波机理 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0916002
红外与激光工程
2022, 51(7): 20220224
1 合肥工业大学光电技术研究院特种显示与成像技术安徽省技术创新中心，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009
提出一种基于导电塑料膜谐振结构的超材料宽带吸波体。吸波体采用介质层-膜单元阵列-介质层的三层结构模型，其中上层介质兼具阻抗匹配和保护电阻膜谐振结构的作用。所采用的导电塑料膜片与基于导电墨水的电阻膜结构相比，不仅克服了加工过程中墨水厚度不均匀对方阻的影响，还可兼容激光刻蚀工艺，进而提高了谐振结构的加工精度。模拟结果表明，该吸波体在6.9~22.7 GHz的频率范围内，可以保持90%以上的入射波吸收率，相对吸收带宽为106.8%。此外，所提结构对入射波的极化特性不敏感，且对宽角入射的电磁波仍能在宽频带内实现高效吸收。更为重要的是，所提结构中的电阻膜谐振结构与介质基板可以独立加工，这种积木拼搭式的加工方案不仅节省了制备时间，还使得基底材料的选择不再受电阻膜加工的制约，为发展宽带超材料吸波体提供了新的思路。
材料 导电塑料膜 超材料 吸波体 宽带吸收 宽角稳定性 光学学报
2022, 42(22): 2216001
1 昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650504
2 云南大学工商管理与旅游管理学院，云南 昆明 650504
超材料吸波体的性能受电磁波入射角度的影响，具有宽角度稳定性的吸波体一直是吸波体设计的难点之一。传统设计方式依赖于人工设计和优化，存在设计困难且周期长的缺陷。针对设计目标的特点，基于改进粒子群优化算法设计了宽角度高吸收率超材料吸波体。通过添加动态权值和高斯误差解决二进制粒子群优化算法后期局部搜索能力弱的问题，用改进的二进制粒子群优化算法优化吸波体表层0、1编码的离散金属块结构实现高吸收率和宽入射角吸收特性。仿真结果表明，设计的超材料吸波体在9.4~13.3 GHz频段的吸收率大于90%，在11.6~12.6 GHz频段内可实现完美吸收（吸收率大于99%），横电、横磁极化波60°斜入射情况下超材料吸波体在带宽内的吸收率大于80%。该设计方法有效弥补了传统设计方法的缺陷，展现出按需设计和设计过程无需人为干预的独特优势，在相关领域具有广泛的应用前景。
光学器件 超材料 吸波体 宽角度 二进制粒子群优化算法 编码 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1123002
1 安阳师范学院 物理与电气工程学院，河南 安阳 455000
2 河南工业大学 信息科学与工程学院，河南 郑州 450001
3 河北工程大学 数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
基于二维材料石墨烯，设计了一款宽频带可调谐超材料太赫兹吸波体。该吸波体由三层结构组成，顶层为石墨烯超材料，中间层为二氧化硅，底层为金属薄膜。仿真结果表明，当石墨烯的费米能级为0.7?eV时，该吸波体在1.11~2.61?THz频率范围内吸收率超过90%，相对吸收带宽为80.6%。当石墨烯的费米能级从0?eV增大到0.7?eV时，该吸波体器件的峰值吸收率可以从20.32%增大到98.56%。此外，该吸波体器件还具有极化不敏感和广角吸收的特性。因此，它在太赫兹波段的热成像、热探测、隐身技术等领域具有潜在的应用价值。
超材料 太赫兹 吸波体 石墨烯 metamaterial terahertz absorber graphene 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(6): 973
1 中电科网络空间安全研究院有限公司, 北京 100166
2 中国电子科技集团有限公司 电子科学研究院, 北京 100093
3 长沙理工大学 物理与电子科学学院, 长沙 410114
为了实现石墨烯的双模吸收, 将石墨烯条带嵌入到缺陷光子晶体, 采用严格耦合波法进行了仿真研究, 并进行了关键参量的影响分析。发现由于Fabry-Pérot谐振和表面等离子激元共振的共同作用, 系统在5.1537THz和5.1970THz处获得了两个完美吸收模式, 此时结构阻抗等于自由空间阻抗。结果表明, 电调谐石墨烯化学势不仅能够改变模式数目, 还能够改变模式的耦合程度；当化学势为0.7eV时, 两吸收模完全耦合；调节石墨烯条带的几何尺寸也能控制模式的耦合程度；当入射光偏离垂直入射时, 模式数目直接受偏角大小的影响。该研究为太赫兹器件吸收谱的重构提供了思路。
光学器件 石墨烯吸波体 Fabry-Pérot谐振 表面等离子激元共振 模式耦合 optical devices graphene absorber Fabry-Pérot resonance surface plasmon polaritons resonance mode coupling
1 桂林电子科技大学信息与通信学院广西无线宽带通信与信号处理重点实验室, 广西 桂林 541004
2 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部重点实验室, 广东 深圳 518060
3 深圳大学光电工程学院广东省光纤传感技术粤港联合研究中心, 广东 深圳 518060
平面金属/介质薄膜结构吸波体的吸收性能优越,制备过程简单,应用前景广阔,因此备受关注。为了提高吸收性能,提出了一种基于Fabry-Perot (FP)共振吸收的具有多层Zr/SiO2结构的超宽带完美吸波体。通过传输矩阵法并结合遗传算法,对结构参数进行了优化。计算结果表明,具有10层Zr/SiO2结构(构成了4个串联FP腔)的吸波体在0.4~3.0 μm波长范围内的最低吸收效率均超过96.6%,平均吸收效率高达98.6%。即使只设置4层结构,其在该波段的平均吸收效率依然可达91.5%。同时分析了该结构在其他波段的吸收特性,并计算了其平均吸收效率与层数之间的关系。与其他复杂结构的吸波体相比,所设计的吸波体具有工作带宽大、吸收效率高和结构简单等特点,在太阳能收集、热辐射器、红外隐身等领域有广阔的应用前景。
材料 薄膜结构 吸波体 宽带吸收 Fabry-Perot腔
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
