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基于电磁超材料的宽带吸收器的研究

2020-12-08阅读(448)

基于电磁超材料的宽带吸收器的研究

论文摘要

电磁超材料吸收器是一种人为设计制造的周期单元结构,具有设计灵活、厚度轻薄、应用广泛等方面的优点。因此近年来,电磁超材料吸收特性的研究成为热点。超材料吸收器的研究主要从两个方面进行:一是研究窄带吸收器,这种类型的吸收器主要应用在传感器和光学开关;二是研究宽带吸收器,尽可能地拓宽吸收频带,并且吸收特性不受入射角度和偏振状态的影响,这种类型的吸收器在光热转换和隐身装置的设计中发挥巨大的作用。本文主要考虑热光伏系统中能量转换的需求,进行了基于电磁超材料的宽带吸收器的研究,利用有限时域差分法进行仿真计算。我们分别在近红外和太赫兹波段设计了电磁超材料宽带吸收器:1、在近红外波段设计了一种基于传播表面等离激元(PSP)共振和局域表面等离激元(LSP)共振的电磁超材料吸收器,在924 nm至2175nm的波长范围内,90%以上的入射近红外光可以被该超材料吸收器有效吸收,并且该吸收波谱在吸收波段内存在两个波峰,其中短波长波峰为948nm,长波长波峰为1601nm。该宽带吸收是1601nm处LSP谐振和在948nm处发生的传播PSP谐振的组合效应引起的。此外,对电磁波偏振角度、入射角度以及结构参数对超材料吸收器性能的影响进行仿真计算。2、我们在太赫兹波段提出了一种基于磁共振原理的电磁超材料吸收器,通过在一个超材料结构周期内组合多个尺寸不同的谐振单元,实现不同谐振峰的叠加,从而使超材料吸收器的吸收带宽拓宽。在2.48THz到3.25THz的频率范围内,吸收在90%以上的带宽达到770GHz,计算得到该太赫兹超材料宽带吸收器的相对带宽达到约26.9%,并且该吸收波谱在吸收波段内存在两个峰值,其中第一个峰在2.65THz处,第二个峰在3.10THz处。根据仿真得到共振频率点处的电磁场分布和表面电流分布图等,对所设计的超材料宽带吸收器的物理机理进行解释,同时也对电磁超材料样品进行了加工,并通过实验测试了超材料的吸收性能。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 电磁超材料的概述
  •   1.2 电磁超材料吸收器的研究进展
  •     1.2.1 太赫兹超材料吸收器
  •     1.2.2 红外及可见光超材料吸收器
  •   1.3 本论文的主要研究工作及章节安排
  •     1.3.1 本论文的研究内容
  •     1.3.2 本论文的创新点
  • 第二章 电磁超材料吸收器的理论特性
  •   2.1 表面等离激元的基本原理
  •   2.2 磁共振理论
  •   2.3 等效介质理论
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 基于表面等离激元的近红外电磁超材料吸收器
  •   3.1 近红外电磁超材料结构选择设计与性能分析
  •     3.1.1 近红外电磁超材料吸收器单元结构
  •     3.1.2 近红外电磁超材料吸收器吸波性能
  •     3.1.3 近红外电磁超材料吸收器极化不敏感及斜入射性能研究
  •   3.2 近红外电磁超材料吸收器阻抗匹配及宽带吸收机理的分析
  •   3.3 近红外电磁超材料吸收器结构参数对吸收性能的分析
  •     3.3.1 中间介质层厚度t对吸收性能的影响
  •     3.3.2 上层钛圆盘直径d对吸收性能的影响
  •     3.3.3 单元结构周期p对吸收性能的影响
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 基于磁共振的太赫兹电磁超材料吸收器
  •   4.1 太赫兹电磁超材料吸收器结构设计与仿真
  •     4.1.1 太赫兹电磁超材料吸收器单元结构
  •     4.1.2 太赫兹电磁超材料吸收器吸波性能
  •     4.1.3 太赫兹电磁超材料吸收器极化不敏感及斜入射性能研究
  •   4.2 电磁超材料吸收器的原理分析
  •     4.2.1 阻抗匹配的计算与分析
  •     4.2.2 磁偶极共振分析
  •   4.3 电磁超材料的样品加工与测试
  •     4.3.1 样品加工及微观结构
  •     4.3.2 实验测试
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 总结和展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 在学期间的研究成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 陈思羽

    导师: 曹鹏飞

    关键词: 超材料吸收器,宽带吸收,表面等离激元,磁共振

    来源: 兰州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 物理学,材料科学

    单位: 兰州大学

    分类号: TB34;O441

    总页数: 54

    文件大小: 4926K

    下载量: 368

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