基于超材料的宽带反射器和吸收器的研究

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超材料是一种在亚波长尺度上构造的人造材料,它可以通过调整其内部结构来改变物理性质。目前,随着超材料的工作频率从GHz和THz上升到红外和可见光,超材料已经实现了负折射率、增强的光透射、完美反射和吸收和惠更斯超表面等许多令人着迷的电磁特性。本文主要研究内容是基于超材料的宽带反射器和吸收器的研究。首先,我们通过调研发现全介质超材料在反射器的设计中具有巨大潜力,但其工作带宽仍然有限。本文提出了一种基于全介质超材料的超宽带完美反射器,它是由亚波长光栅、连接层和多叠层结构组成的紧凑结构。在本设计,我们系统地研究了连接层对结构光学性能的影响,并针对超宽带完美反射和超窄带隧穿优化了设计,以实现完美反射和透射。该反射器在近红外波段可以实现近似完美的反射,高反射区域达到了 1237nm,隧穿波长处的反射率仅为0.3%,且隧穿带的半高宽仅为3.79nm。接下来,针对目前太赫兹波段各种类型的石墨烯吸收器,比如石墨烯与电介质构成的多叠层结构,图案化的石墨烯与介质以及金属元件结合的吸收器,其设计大部分采用了图案化的石墨烯,增大了加工制造难度的问题,我们提出了一种太赫兹波段的多层蜂窝石墨烯堆叠结构的超材料吸收器,该吸收器具有很高的灵活性,可以通过改变结构参数、不同偏振下的入射角和石墨烯的化学势来提升吸收性能。
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