基于VO2、NaF和TiO2材料的红外线超宽带吸收器

设计了一种基于VO₂、NaF和TiO₂材料的红外线超宽带可调吸收器,并采用有限元方法对其吸收特性进行了分析。结果表明：当入射波垂直入射时,吸收率对偏振角不敏感。在21～25μm及35～43μm波长范围内,吸收率可以达到99.8%。在12～51μm范围内,吸收率可以达到90%。在0～55°入射角范围内,横磁(TM)波在12～52μm波长范围内,横电(TE)波在20～45μm波长范围内,吸收率均可达到80%以上。获得宽带吸收的主要原因是表面等离子体共振效应。通过改变VO₂的电导率,可以调节吸收器的吸收率,实现吸收率的可调性。所设计的红外线超宽带吸收器具有优良的吸收性能,在传感、探测及能量收集和转化等方面具有潜在的应用价值。     

基于金属铑和二氧化硅材料的紫外线超宽带吸收器

设计了一种基于金属铑（Rh）和二氧化硅（SiO2）材料的紫外线吸收器,其单元结构由Rh衬底、SiO2电介质层和Rh图案层构成。采用有限元方法（FEM）分析了该吸收器的吸收特性与入射波波长、入射角、方位角和几何结构参数的依赖关系。结果表明,该紫外线吸收器通过表面等离子体共振效应达到吸收目的。通过调整单元结构的几何参数,可以调整该吸收器的吸收特性。由于结构的旋转对称性,该吸收器具有偏振不敏感性。在所有结构参数均采用最优值的情况下,当入射角为0°～45°、波长为200～400 nm时,均能获得90%以上的高吸收率。吸收率为95%的波段为250～300 nm及325～400 nm。所设计的紫外线超宽带吸收器具有优良的吸收性能。采用的Rh金属为紫外波段内吸收材料的选择提供了新的选项。研究结果为紫外线吸收器的设计、制作和应用提供了参考。     

基于圆顶锥壳阵列的超宽带太阳能吸收器研究

提出了一种顶锥壳阵列超宽带全向超材料吸收器,研究了圆顶锥壳的几何参数、顶部的几何形状以及不同密排方式对宽带吸收的影响.研究了包覆金属薄膜的圆顶锥壳阵列在太阳辐射能谱区的超宽带吸收特性,结果显示在250～2 500 nm范围内的平均吸收率达到95.39％.在0°～65°的大角度入射下,对于TE和TM偏振的平均吸收率分别为92.7％和94.59％,表明所提出的结构具有偏振无关和入射角不敏感性.空气质量1.5加权平均吸收率为95.24％,证明能够有效地吸收地球上的太阳辐射.通过结合胶体球光刻技术和表面镀膜成功制备了所提出的吸收器,初步测试结果表明,其吸收性能存在提升空间.     

超宽带高吸收超材料太阳能吸收器设计

基于阻抗匹配理论与组合谐振结构特性,设计了一种超宽带超材料太阳能吸收器。该吸收器由栅格结构与金属/介质/金属堆叠结构组合而成,组合结构有效拓展了吸收带宽。采用时域有限差分法分析了吸收器的吸收特性,结果表明：该吸收器在300～4000 nm波段内的平均吸收率可达94.9%,吸收带宽为3700 nm,可有效覆盖可见光与红外光波段。该吸收器在整个吸收波段范围内具有一定的偏振独立特性,以60°广角斜入射时,平均吸收率仍可达到93%。谐振频点处的电磁场分布表明,该吸收器的超宽带高吸收特性主要归因于表面等离子体共振、局域表面等离子体共振、慢波效应、法布里-珀罗共振,以及共振模式间的杂化耦合作用。所提超宽带高吸收太阳能吸收器在许多超材料领域具有潜在的应用价值。     

一种宽角度极化不敏感的高可调谐红外超材料完美吸波体（英文）

提出了一种高度可调、宽角度且具有完美吸收和极化不敏感的超材料吸波体.模拟的结果显示,在5.8μm处可达到最高吸收率99.9%;通过改变其几何参数,吸波体的谐振波长在3.4μm到8.6μm的范围内可任意地调节,且都具有不低于95%的峰值吸收率.在横磁波下,当入射角度小于80°时,吸波体的吸收率保持在95%以上;在横电波下,当入射角小于60°时,吸收率保持在92%以上.此外,极化角度在0到90°变化时,吸波体具有极化不敏感性.     

基于Au/VO2纳米结构的可调控红外吸收器设计

设计了一种Au/VO_2周期性方形孔洞阵列结构的红外吸收器,利用时域有限差分法研究了吸收器的结构参数对吸收光谱的影响,优选出VO_2和Au膜层厚度分别为140 nm和80 nm,孔洞边长和阵列周期分别为1.1μm和1.2μm时,吸收可调控特性最为明显,在2.3μm处其高低温的吸收率差值可达80.3%.理论模拟计算了光以不同偏振、入射角入射时的吸收,结果表明,正入射时吸收器是偏振无关的;斜入射时吸收器具有广角吸收的特点,与TM偏振相比TE偏振下吸收器具有更强的角度依赖性.低温时吸收器中的电磁场呈高度局域化分布,表现为强的吸收;而高温时吸收器中的电磁场分布在吸收器表面,吸收被抑制.所设计的吸收器吸收效率高,吸收强度可以调控,可应用于新型可调控智能光电器件.     

基于二氧化钒的可调宽带太赫兹完美吸收器设计

本文设计了一种可动态调节的宽频太赫兹完美吸收器,该吸收器由十字形的二氧化钒层、金属接地平面和夹在中间的二氧化硅层组成.仿真结果表明,90％以上的吸收带宽为1.06 THz,范围为0.71～1.77 THz.吸收率随二氧化钒电导率的变化而变化,可在4％～99.5％之间动态调节.为了得到吸收器工作的物理机理,引入了阻抗匹配理论和波干涉理论,并通过电场分布分析了两个完美吸收峰的物理来源.该吸收器具有广角吸收和偏振不敏感的特点.该吸收器可以用于太赫兹传感器、探测器和隐身装备等.     

基于钒的表面等离子体宽带广角红外光吸收器

探讨了基于金属钒亚微米结构的表面等离子体宽带广角红外光吸收器,它由置于表面涂覆介质层的金属钒衬底上方周期性排列的无限长钒条构成。使用有限元方法计算了其吸收谱,当P极化平面电磁波以小角度(小于20°)入射时,吸收率达到98%以上,波长为1.08～1.60μm;当P极化平面波以大角度(小于50°)入射时,吸收率达到98%以上,波长为1.08～1.44μm;当P极化平面波以10°入射时,谐振峰(λ=1.54μm)的吸收率达到99.9%。此外,由于金属钒的熔点很高,基于金属钒的吸收器可用于强光高功率的场合。     

超宽带太阳能电磁吸收器优化设计研究

基于不同材料和尺寸的三光栅级联顶层结构设计 了一种太阳能超宽带吸收器。采用时域有限差分法FDTD数值 模拟了铬膜厚度、缓冲层折射率和厚度、吸收器单元周期及三光栅宽度比和高度比等结构设 计参数对共振吸收光谱带宽 和吸收率的影响规律。同时借助选取波长下的电磁场分布规律、结合局域表面等离子体共振 探究了宽光谱、高吸收率产 生的物理机制。仿真结果表明,材料和结构参数不同的三个单光栅级联可明显拓宽入射光的 吸收光谱带宽;优化吸收器 结构设计参数后,获得了横跨部分紫外光、全部可见光和部分红外波段的宽频带,高达2.2 μm的吸收谱宽,近1μm红外频 段的吸收率可达完美吸收;并且吸收器在较宽的入射角范围内依然能保持良好的吸收性能和 极化的敏感特性。本文所设 计的吸收器结构简单,尺寸小,易与芯片集成,可在光伏发电、太阳能热处理和光探测等方 面均具有潜在的应用前景。     

一种宽角度极化不敏感的高可调谐红外超材料完美吸波体

提出了一种高度可调、宽角度且具有完美吸收和极化不敏感的超材料吸波体.模拟的结果显示, 在5.8μm处可达到最高吸收率99.9%;通过改变其几何参数, 吸波体的谐振波长在3.4μm到8.6μm的范围内可任意地调节, 且都具有不低于95%的峰值吸收率.在横磁波下, 当入射角度小于80°时, 吸波体的吸收率保持在95%以上;在横电波下, 当入射角小于60°时, 吸收率保持在92%以上.此外, 极化角度在0到90°变化时, 吸波体具有极化不敏感性.     

复合石墨烯/硅半球的宽带太赫兹超材料吸收器

提出了一种性能可调的宽带、极化与入射角不敏感的超材料太赫兹吸收器,该吸收器自上而下分为四层结构,分别是:硅半椭球/半球体复合结构、连续石墨烯层、PDMS介质层和金属背板。通过在TE波垂直入射条件下仿真,在已知结果基础上,对不同石墨烯化学势和不同结构条件下的电场结果分析表明,在硅半椭球/半球体亚波长复合结构所形成的连续、多模法布里-珀罗共振,以及由石墨烯所激发的多个离散的等离子体共振的协同作用下,其吸收光谱得到平滑和扩展,使该结构可实现吸收率宽范围可调,以及接近100%吸收率的宽频带吸收特性。特别的,当石墨烯化学势分别为0.2与0.9 eV时,其分别可获得约5.7 THz与7 THz的宽带太赫兹波吸收（吸收率超过90％）,且其最大吸收率接近完美吸收（约99.8％）。此外,该结构还具有360°极化不敏感和高于60°的入射角不敏感等优异特性,在以上角度范围内,吸收器吸收率仍可保持到90%以上。在太赫兹波探测、光谱成像以及隐身技术等方面具有潜在的应用前景。     

基于复合凹槽的光栅型红外线吸收器

设计了一种基于LiF和NaF材料的复合凹槽的光栅型红外吸收器.采用频域有限差分法(FDFD)分析了这种吸收器的吸收机理,以及结构参数、入射波的波长和入射角度对其吸收特性的影响.结果表明,对于入射的不同波长的红外线,这种吸收器会形成不同的光学谐振腔,能够在较宽的波长范围内对红外线形成强烈的吸收.在采用优化参数的条件下,在18~70μm的波长范围和0~80°的入射角范围内,这种吸收器具有良好的吸收效果.文章的研究工作给光栅型红外线吸收器的设计、制作和应用提供了理论基础.     

石墨烯超材料复合结构的宽带吸收

为了设计宽带光吸收器件,构建了一个由石墨烯超材料层、空气层和金属层组成的复合结构模型。推导其传输矩阵公式,并利用它计算结构的传输特性。结果表明,通过调节结构参数,可以实现在高吸收率的条件下波长带宽与角度带宽的同时扩展。入射角为π/4时,在入射波长0.1~6.0μm内,吸收率均达到0.8以上。入射波长为3.5μm时,入射角在-70°~70°的范围内吸收率可以达到0.9以上。     

基于VO2圆环结构的温控宽带超材料吸波器

设计了一种基于不同半径的二氧化钒（VO₂）圆环加载于介质层上的宽带可调超材料吸波器,利用VO₂随温度变化的相变特性,实现了外部温度对吸收曲线的动态调节.通过仿真计算表明,该吸波器在外部温度为350K时在8.09~11.23THz带宽范围内吸收率可达90%以上,表现出高吸收特性;而外部温度为300K时在相同频段内吸收率始终低于20%,从而实现了对电磁波吸收的可调功能.进一步对吸波器的等效阻抗和电场分布进行分析讨论,阐明VO₂对吸收性能的调节机制.此外,文章讨论了结构参数、偏振角以及入射角对吸收的影响.其结果表明,合理选择结构参数可实现吸收性能与偏振角、入射角的无关性.本文的结论对于设计其它类型的超宽带可调吸波器具有重要的指导意义.     

基于磷化铟、砷化铟和锑化铟的光栅型超宽带远红外线吸收器

设计了一种由磷化铟（InP）、砷化铟（InAs）和锑化铟（InSb）3种半导体材料复合而成的槽深线性渐变的光栅型超宽带远红外线吸收器。其吸收机理是表面等离子共振效应和电介质腔共振效应。利用频域有限差分法（Finite-Difference Frequency-Domain,FDFD）计算的结果表明,凹槽个数的改变对吸收率的影响相对较大,而凹槽深度、凹槽宽度、涂层厚度和光栅周期的变化对吸收率的影响相对较小。在采用优化的结构参数条件下,以及入射角为0~80°和入射波长为28~75 m的范围内,此吸收器的平均吸收率可达到92%以上。本文所设计的吸收器有望在远红外探测等方面得到应用。     

一种四通道吸收器优化设计研究

本文基于阻抗匹配原理和表面等离子体共振理论 ,设计了一种石墨烯-MIM结构-金属铝(Al)底板三层结构超材料吸收器。采用时域有限差分法FDTD研究和分析了吸收器的共振吸 收光谱,电磁场能量分布,并优化了设计结构。研究结果表明,该吸收器具有近红外波段四 个超窄带吸收峰;最大吸收率可达0.943,3dB带宽均为3.55 μm左右。吸收器顶层覆盖石墨烯 增强光吸收并激发表面等离子体波;随着石墨烯层厚度的增加,四通道吸收光谱整体右移, 但吸收率几乎不变;四个吸收峰峰位波长对MIM结构高度不敏感,伴随吸收率变化明显,当M IM结构高度为110 nm时,相邻三通道吸收率均达到最大值。这种多通 道、超窄带吸收器可为高精度传感、功能成像和三维存储等领域的应用提供有用参考。     

基于超材料吸收器的非致冷微红外热探测器

研究了一种基于超材料结构的红外热探测器，该探测器利用光学超材料的局域场增强效应和热释电材料的温度敏感特性，实现对红外辐射的探测。利用有限元分析方法，研究了超材料吸收器的红外吸收特性和电磁场特性，分析了超材料吸收器与热释电材料(LiTaO₃)耦合结构的热学性能。结果表明，设计的超材料吸收器，可在3～15μm范围内调制峰值波长(主要覆盖大气窗口(8～14μm)),吸收率可达99.9%,带宽范围为0.2～1.0μm。当探测器的尺寸为23μm×23μm时，探测器稳态温度升高量为0.311 K,与类似工作相比，温度提升了约21倍。改进的红外热探测器具有显著的温度响应，适用于大规模像元级非致冷中远红外波段的热成像与传感应用。     

基于二氧化钒超材料的双窄带太赫兹吸收器

提出一种基于二氧化钒(VO₂)超材料的吸收器,由3层结构组成,从上往下分别为2个VO₂圆、中间介质层和金属底板。仿真数据表明,该吸收器有2个很强的吸收峰,分别为4.96 THz和5.64 THz,相对应的吸收率为99.1%和98.5%。利用阻抗匹配理论和电场分布进行分析,阐明了吸收的物理机制,并进一步分析了结构参数对吸收率的影响。所提出的吸收器具有可调谐的特点,能够灵活调控吸收率,为太赫兹波的调控、滤波等功能的实现提供了良好的方案。该吸收器在图像处理、生物探测和无线通信领域都有潜在的应用。     

一种基于二氧化钒材料的可调谐吸波器设计

为了在THz波段获得TE波下的可调谐吸收频谱, 采用全波仿真的方法, 设计了一款基于二氧化钒材料的可调谐THz吸波器, 对该吸波器的吸收频谱、电场图、表面电流图以及能量损耗图进行分析, 并讨论了结构参量h₄, k以及入射角度θ对吸收频域和吸收带宽的影响。结果表明, 通过外部温控的方式改变二氧化钒谐振单元的物理特性可以获得可调谐的吸收频谱并改善吸波器的吸收性能, 该吸波器在温度T≥68℃时, 可以实现在2.70THz~3.36THz频段的宽带吸收(吸收率在90%以上), 相对带宽达到21.8%;在T＜68℃时, 可以实现多个单频点的吸收; 改变结构参量h₄, k可以改变吸收频点的位置以及吸收带宽, 改变入射角度θ可以影响吸波器的吸收效果。该研究对可调谐太赫兹器件的进一步探究是有帮助的。     

可调谐光子晶体偏振通带滤波器的理论研究

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出了TM波和TE波缺陷模随入射角变化的特征以及TM波缺陷模随杂质光学厚度的变化特征为:TM波的缺陷模透射峰在入射角为0～π/2范围内均存在,而TE波的缺陷模透射峰只在入射角为0～0.65 rad范围内存在;在一定波长范围内TM波缺陷模的波长随杂质光学厚度近似呈线性变化.以此为基础,设计出滤波通道波长的可调范围达290 nm、滤波通道半高宽的可调范围在1.5～3 nm、滤波通道的透射峰值大于0.98的可调谐一维光子晶体偏振通带滤波器.