电磁超材料,是一种人工设计的复合结构,具有许多天然材料不具备的电磁特性。由于其操纵电磁波的能力,在最近几十年引起了国际上的广泛关注。许多超材料为实现优良性能均尽力降低损耗,而超材料吸收器则相反,利用超材料的损耗来实现对电磁波的高吸收。超材料吸收器高吸收、超薄的特点使其在等离子体传感、太阳能收集和军事伪装等领域有巨大的应用潜力。然而超材料的谐振特性导致了目前超材料吸收器对电磁波的吸收带宽较窄,且多为二维平面结构,仅能对特定方向入射的电磁波实现高吸收,很难实现对全方向入射电磁波的吸收。超材料光纤是一种新型超材料结构,但与其相关的应用很少,目前仅限于超级透镜和波导结构。但通过合理的结构设计有望实现在更多领域中的应用,如对电磁波实现全方向高吸收。本课题基于阻抗匹配理论,设计了多种宽带超材料吸收器,并仿真了它们的吸收特性;同时创新性的将超材料吸收器光纤化,设计出了具有高吸波性能的超材料光纤。主要内容包括:(1)基于一些超材料吸收器已有的研究成果,研究了不同谐振单元的组合效应,并进一步创新性设计了具有新型结构单元的宽带高吸收超材料,同时分析了不同谐振单元之间的耦合对吸收的影响。首先将方形谐振器与开口环谐振器的组合,发现由于不同谐振单元之间的耦合作用,结构很难实现宽带高吸收;为了减弱耦合,对方形谐振器改良,实现了宽带高吸收;之后,将十字谐振器安置在方形谐振器的晶格间隙中,进一步减弱两个谐振单元之间的耦合,获得了另一种宽带高吸收的超材料吸收器;最后,将优化后的方形谐振器、开口环谐振器和十字谐振器组合,进一步增大了吸收器的吸收带宽。研究结果表明,将不同的谐振单元组合在一起可以有效的增大超材料吸收器的吸收带宽,但要尽可能的减小不同谐振单元之间耦合的影响。(2)创新性的将超材料吸收器光纤化,研究设计了具有吸波性能的超材料光纤,并设计了宽带吸收的光纤结构。首先,选用了光纤结构中容易实现的圆柱形谐振器,并将超材料吸收器底层的金属层替换为大直径的金属圆柱,实现了超材料吸收器的光纤化,将超材料光纤排列成光纤阵列,实现了对电磁波的吸收;其次,通过将不同尺寸的光纤组合到一个结构单元内,获得了宽带吸收的超材料光纤。最后,设计了可以产生多个环形电流的光纤结构单元,也实现了宽带吸收,并且发现吸收带宽随结构中环形电流数量的增多而增大。与平面超材料吸收器相比,这种光纤结构更容易实现宽带高吸收。(3)研究设计了可以全方向吸波的超材料光纤结构单元。利用光纤结构特殊的对称性,设计了完全对称的超材料光纤结构单元,包括4重对称、6重对称和8重对称结构;研究结果表明随着光纤对称性的提高,结构单元对全方向入射电磁波的吸收一致性越好;基于此,又设计了全方向宽带吸收的超材料光纤结构单元。