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
衢州职业技术学院 信息工程学院,衢州 324002
为了实现红外波段的双频带完美吸收,采用将不同电子掺杂浓度的单层带状黑磷在同一平面内交错排列的方法,进行了理论分析和仿真模拟,得到了此器件在红外波段的吸收光谱和传感性能。结果表明,此吸收体可以在波长2 μm~5 μm的红外波段范围内实现双频带的完美吸收(吸收率大于99.9%),此高吸收率是由于入射光波与器件满足了临界耦合条件而形成了共振加强; 在共振波长处,光波被限制在黑磷附近; 此超材料吸收体的双频带特性在其作为传感器使用时具有独特的优势,可以提高传感器的可靠性和准确性; 吸收波峰的偏移量与覆盖在此器件上的未知物质的折射率基本呈线性关系,用此器件测得的未知物质的折射率与实际的折射率的误差在1%以内。该超材料吸收体结构简单,对制作工艺的尺寸精确度要求不高,在红外波段的多频带吸收和传感检测方面将会有广泛的应用。
光谱学 黑磷 双频带 超材料 完美吸收 传感 spectroscopy black phosphorus dual-band metamaterial perfect absorption sensing
光子学报
2023, 52(10): 1052404
1 信息光子学和空间光通信湖南省重点实验室,湖南理工学院信息科学与工程学院,湖南 岳阳 414006
2 湖南第一师范学院物理与化学学院,湖南 长沙 410205
本文提出了一种一维四元周期性宇称?时间(PT)对称结构,系统地研究了增益?损耗系数、入射角和周期数对相干完美吸收激光点和奇异点这两类光学简并点的影响规律。当周期数一定时,通过改变增益?损耗系数可以在不同的入射角下灵活地调控相干完美吸收激光点和奇异点这两类光学简并点。对比分析了PT对称引起的奇异点以及与周期结构相关的Bragg共振点处的反射特性,结果显示:当光束分别沿着左右两边入射时,在奇异点处只有一个方向入射的反射率为0,从而表现为单向无反射特性;而Bragg共振点处的反射率在光分别沿着左右两边入射时都为0,从而表现为双向透明特性。进一步研究了周期数对两类光学简并点的影响,发现相干完美吸收激光点数目随着周期数的增加而增多,而奇异点数目则不受周期数的影响。最后,利用光学简并点的可控特性实现了光自旋霍尔效应等光学现象的操控。
非线性光学 PT对称结构 简并点 奇异点 相干完美吸收激光点 中国激光
2023, 50(22): 2213001
红外与激光工程
2022, 51(7): 20220224
1 浙江大学光电科学与工程学院光及电磁波研究中心,浙江 杭州 310058
2 浙江大学上海高等研究院,上海 201203
近年来,随着超材料研究的发展,中红外波段的吸波超表面得到了快速发展,其应用潜力也不断被发掘。本文首先介绍了不同类型的中红外吸波超表面及其工作机理,然后回顾了在热辐射源、热隐身和探测器等应用中吸波超表面的应用方式和优势,最后总结现有的挑战并对将来的发展进行了展望。
探测器 中红外波段 超表面 完美吸收 热辐射 热隐身 光学学报
2022, 42(17): 1704001
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
2上海交通大学物理与天文学院, 上海 200240
利用非晶硅纳米圆柱团超表面,模拟实现了可见光波段的双峰近完美吸收效应。采用离散偶极子近似法,研究了电偶极、磁偶极和电四极对纳米圆柱团超表面散射截面的贡献。模拟分析了非晶硅纳米圆柱团超表面的透射、反射和吸收光谱和电场分布,调整电偶极、磁偶极和电四极米氏共振光谱使其重合并产生相干耦合作用,进而产生电场局域增强效应,实现可见光波段双峰近完美吸收效应,且其对入射角不敏感。非晶硅纳米圆柱团超表面双峰近完美吸收效应具有低损耗、角度不敏感等特性,有望被应用于光学隔离、能量采集等纳米光子学领域。
表面光学 米氏共振 近完美吸收 超表面 非晶硅 光学学报
2021, 41(22): 2224001
中国电子科技集团第三十八研究所 博微太赫兹信息科技有限公司,安徽 合肥 230088
基于电偶极共振设计了一种工作在W波段、对极化不敏感的宽带吸收超材料。宽带吸波超材料基于不同尺寸铜箔排列构成的周期阵列,在结构上高度对称。通过时域有限差分算法,对超材料在W波段的吸收性能进行仿真,通过电场和电荷分布探讨了导致共振吸收的物理机制。最后,利用印制电路板工艺加工实现了设计的超材料结构,并给出关于吸收性能的仿真与实验结果的对比。实验结果表明,超材料在W波段平均吸收率达到84.7%,与仿真结果接近。
超材料 完美吸收 极化 metamaterial perfect absorption polarization 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 974