基于人工電磁介質的寬帶吸波器研究進展
發(fā)布時間：2021-09-21 21:52
利用人工電磁介質拓展吸波器吸收帶寬,是國內(nèi)外研究人員主要的關注領域。本文綜述近年來主要研究的基于人工電磁介質的寬帶吸波器的典型結構及其應用,分析人工電磁介質結構在提高吸波器吸收率方面的機理,介紹基于集總元件擴寬吸波器帶寬的理論模型,強調人工電磁介質在拓展吸波帶寬中的重要作用。最后展望人工電磁介質在科技領域的應用前景,并指出寬帶電磁吸波器未來的發(fā)展趨勢主要集中在可協(xié)調性、多物理場耦合以及低成本制備,尤其是高效大面積低成本制備工藝將成為未來吸波器重要的研究方向。
【文章來源】：材料工程. 2020,48(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
用于太陽能的吸波器結構示意圖[43]
以上設計表明平面排列結構吸波器結構簡單,易于制備,而且能有效利用多峰吸收體來拓寬其吸收帶寬,因此近年來,國內(nèi)外研究者利用平面寬頻吸收器的特性,開發(fā)出多種器件。Ma等[27]設計并制作了一個太赫茲頻率范圍內(nèi)的高阻硅雙頻諧振器,結構如圖1(d)所示。該裝置設計用于2.6,4.3 THz。測量結果與模擬數(shù)據(jù)吻合良好,這些雙波段共振裝置可用于雙波段光譜成像和多波段生物傳感器。Kafesaki等[28]基于開口諧振環(huán)單元(split-ring resonators,SRR)提出了一種太赫茲超材料理論模型,通過在各種SRR中適當?shù)胤胖霉怆妼О雽w,來實現(xiàn)光學可切換和可調諧特性。半導體可以用作襯底材料,也可以被放置在SRR結構的關鍵部位。其原理是,當用光泵激勵半導體時,半導體材料可以從絕緣狀態(tài)轉變?yōu)閷щ姞顟B(tài),表現(xiàn)出類似于開關的效果,調節(jié)超材料結構單元的響應特性,從而進一步實現(xiàn)對入射光束的藍移/紅移及寬帶相位調制。但需要指出的是,為了利用超原子與入射電磁波之間的共振耦合效應實現(xiàn)寬頻吸收,平面排列結構吸波器共振單元的尺寸、形狀及排列方式必須嚴格設計。因此,在微波頻段,平面排列吸波器的體積往往偏大,不利于器件小型化設計及應用。
而對于頻率高于太赫茲的紅外及可見光頻段,工作波長進一步減小。與平面結構相比,垂直結構往往較為復雜,幾何尺寸的縮小會在客觀上導致加工難度的提升,這在一定程度上限制了其應用領域。但是,這并不意味著垂直結構不適用于紅外及可見光頻段。事實上,國內(nèi)外的相關研究結果表明,在紅外及可見光頻段,垂直結構吸波器依然存在極大的應用潛力。Ji等[33]設計了一種基于雙曲線超材料波導錐形陣列寬帶超吸收結構,該結構可以調節(jié)從近紅外到中紅外光譜區(qū)域的吸收特性。Ding等[34]設計了一種在金基底上由鋁鉻一次重復堆疊構建的周期性錐形陣列超寬帶強吸波器,結構如圖2(e)所示。實驗結果顯示該吸波器對入射角的靈敏度較低,對偏振不敏感。根據(jù)相同的原理,Ding等又設計了一種高400 nm的二維周期陣列超寬帶強吸波器。其吸收率可達90%以上,吸收帶寬幾乎可以覆蓋完整的太陽光譜,平均吸收率達到96%,即使在較大的波長范圍內(nèi)也保持較高的吸收率(85%以上)。該吸波器為熱發(fā)射及熱光電技術開辟了新的途徑。1.3 結合集總元件的寬帶吸收器
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于集總電阻加載的小型化超寬帶超材料吸波體設計[J]. 呂世奇,高軍,曹祥玉,蘭俊祥,李思佳,張國雯. 電子與信息學報. 2019(06)
[2]基于超材料的雷達吸波材料研究進展[J]. 沈楊,王甲富,張介秋,李勇峰,鄭麟,龐永強,屈紹波. 空軍工程大學學報(自然科學版). 2018(06)
[3]Tailoring active color rendering and multiband photodetection in a vanadium-dioxide-based metamaterial absorber[J]. SHICHAO SONG,XIAOLIANG MA,MINGBO PU,XIONG LI,YINGHUI GUO,PING GAO,XIANGANG LUO. Photonics Research. 2018(06)
[4]基于集總元件的超材料吸波器研究進展[J]. 宋健,李敏華,董建峰. 材料導報. 2017(21)
[5]寬波段納米超材料太陽能吸收器的設計及其吸收特性[J]. 朱路,王楊,熊廣,劉媛媛,岳朝政. 光學學報. 2017(09)
[6]基于超材料的偏振不敏感太赫茲寬帶吸波體設計[J]. 鄒濤波,胡放榮,肖靖,張隆輝,劉芳,陳濤,牛軍浩,熊顯名. 物理學報. 2014(17)
[7]基于磁諧振器加載的寬頻帶超材料吸波體的設計[J]. 顧超,屈紹波,裴志斌,徐卓,柏鵬,彭衛(wèi)東,林寶勤. 物理學報. 2011(08)
博士論文
[1]寬帶吸波元件及其在太陽能相關器件中的應用[D]. 莫磊.浙江大學 2015
本文編號：3402557
【文章來源】：材料工程. 2020,48(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
用于太陽能的吸波器結構示意圖[43]
以上設計表明平面排列結構吸波器結構簡單,易于制備,而且能有效利用多峰吸收體來拓寬其吸收帶寬,因此近年來,國內(nèi)外研究者利用平面寬頻吸收器的特性,開發(fā)出多種器件。Ma等[27]設計并制作了一個太赫茲頻率范圍內(nèi)的高阻硅雙頻諧振器,結構如圖1(d)所示。該裝置設計用于2.6,4.3 THz。測量結果與模擬數(shù)據(jù)吻合良好,這些雙波段共振裝置可用于雙波段光譜成像和多波段生物傳感器。Kafesaki等[28]基于開口諧振環(huán)單元(split-ring resonators,SRR)提出了一種太赫茲超材料理論模型,通過在各種SRR中適當?shù)胤胖霉怆妼О雽w,來實現(xiàn)光學可切換和可調諧特性。半導體可以用作襯底材料,也可以被放置在SRR結構的關鍵部位。其原理是,當用光泵激勵半導體時,半導體材料可以從絕緣狀態(tài)轉變?yōu)閷щ姞顟B(tài),表現(xiàn)出類似于開關的效果,調節(jié)超材料結構單元的響應特性,從而進一步實現(xiàn)對入射光束的藍移/紅移及寬帶相位調制。但需要指出的是,為了利用超原子與入射電磁波之間的共振耦合效應實現(xiàn)寬頻吸收,平面排列結構吸波器共振單元的尺寸、形狀及排列方式必須嚴格設計。因此,在微波頻段,平面排列吸波器的體積往往偏大,不利于器件小型化設計及應用。
而對于頻率高于太赫茲的紅外及可見光頻段,工作波長進一步減小。與平面結構相比,垂直結構往往較為復雜,幾何尺寸的縮小會在客觀上導致加工難度的提升,這在一定程度上限制了其應用領域。但是,這并不意味著垂直結構不適用于紅外及可見光頻段。事實上,國內(nèi)外的相關研究結果表明,在紅外及可見光頻段,垂直結構吸波器依然存在極大的應用潛力。Ji等[33]設計了一種基于雙曲線超材料波導錐形陣列寬帶超吸收結構,該結構可以調節(jié)從近紅外到中紅外光譜區(qū)域的吸收特性。Ding等[34]設計了一種在金基底上由鋁鉻一次重復堆疊構建的周期性錐形陣列超寬帶強吸波器,結構如圖2(e)所示。實驗結果顯示該吸波器對入射角的靈敏度較低,對偏振不敏感。根據(jù)相同的原理,Ding等又設計了一種高400 nm的二維周期陣列超寬帶強吸波器。其吸收率可達90%以上,吸收帶寬幾乎可以覆蓋完整的太陽光譜,平均吸收率達到96%,即使在較大的波長范圍內(nèi)也保持較高的吸收率(85%以上)。該吸波器為熱發(fā)射及熱光電技術開辟了新的途徑。1.3 結合集總元件的寬帶吸收器
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于集總電阻加載的小型化超寬帶超材料吸波體設計[J]. 呂世奇,高軍,曹祥玉,蘭俊祥,李思佳,張國雯. 電子與信息學報. 2019(06)
[2]基于超材料的雷達吸波材料研究進展[J]. 沈楊,王甲富,張介秋,李勇峰,鄭麟,龐永強,屈紹波. 空軍工程大學學報(自然科學版). 2018(06)
[3]Tailoring active color rendering and multiband photodetection in a vanadium-dioxide-based metamaterial absorber[J]. SHICHAO SONG,XIAOLIANG MA,MINGBO PU,XIONG LI,YINGHUI GUO,PING GAO,XIANGANG LUO. Photonics Research. 2018(06)
[4]基于集總元件的超材料吸波器研究進展[J]. 宋健,李敏華,董建峰. 材料導報. 2017(21)
[5]寬波段納米超材料太陽能吸收器的設計及其吸收特性[J]. 朱路,王楊,熊廣,劉媛媛,岳朝政. 光學學報. 2017(09)
[6]基于超材料的偏振不敏感太赫茲寬帶吸波體設計[J]. 鄒濤波,胡放榮,肖靖,張隆輝,劉芳,陳濤,牛軍浩,熊顯名. 物理學報. 2014(17)
[7]基于磁諧振器加載的寬頻帶超材料吸波體的設計[J]. 顧超,屈紹波,裴志斌,徐卓,柏鵬,彭衛(wèi)東,林寶勤. 物理學報. 2011(08)
博士論文
[1]寬帶吸波元件及其在太陽能相關器件中的應用[D]. 莫磊.浙江大學 2015
本文編號：3402557
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