基于電磁超材料吸波體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真研究.pdf

1、超材料一般是指具有自然媒質(zhì)所不具備的特異物理特性的一類人造復(fù)合結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以調(diào)節(jié)其等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的調(diào)控,其相關(guān)研究已經(jīng)成為一個(gè)涉及物理學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)和化學(xué)等學(xué)科的前沿交叉學(xué)科。作為超材料的一項(xiàng)十分突出的應(yīng)用之一——超材料吸波體，由于其可以在特定波長處實(shí)現(xiàn)接近于1的“完美”吸收，成為了許多新穎應(yīng)用的最佳選擇。自從2008年首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其存在以來，許多新穎的超材料吸波體結(jié)構(gòu)相繼被提出，并

2、逐步從微波波段延伸到紅外、甚至可見光波段。
　　本論文首先對(duì)超材料和超材料吸波體的概念、進(jìn)展及其應(yīng)用進(jìn)行了簡要的介紹。隨后詳細(xì)介紹了超材料吸波體的設(shè)計(jì)、分析和表征所涉及的基礎(chǔ)理論，然后提出了兩種不同類型的吸波體：超材料吸波體和超窄帶吸波體，并對(duì)其展開了分析和討論。本論文所做的主要工作及成果如下：
　　（1）設(shè)計(jì)出了一種三層超材料吸波體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅可在5.8μm處取得99.9％的吸收率，而且還具有極化不敏感性、寬角度特性。

3、更重要的是，所提出的超材料吸波體還具有極好的可調(diào)諧性，通過改變其結(jié)構(gòu)尺寸，可以使諧振波長在3.4μm和8.6μm之間任意移動(dòng)，且吸收率始終保持在95%以上。此外，還對(duì)其吸收機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的討論和分析。吸波體的近乎于1的吸收來源于電共振和磁共振，能量損耗主要來源于上下兩層金屬層內(nèi)的歐姆損耗。
　?。?）基于上述所設(shè)計(jì)的超材料吸波體，將其與具有相變特性的二氧化釩材料相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)吸收率的調(diào)制。將吸波體的最上層材料用二氧化釩材料代替

4、，在二氧化釩相變前后可以實(shí)現(xiàn)吸收率從2%左右到99.8%的調(diào)制，且在金屬態(tài)下具有非常寬的吸收帶寬。將底層材料用二氧化釩代替，也可以實(shí)現(xiàn)吸收率從16%左右到96.4%的調(diào)制。
　?。?）提出了一種超窄帶“完美”吸波體，其不僅可取得近乎1的吸收，而且其半高寬度僅為3.12nm，同時(shí)還具有極化不敏感和寬角度特性。該吸波體對(duì)環(huán)境折射率非常敏感，通過數(shù)值模擬可知其靈敏度和品質(zhì)因數(shù)分別為1423nm/RIU和259/RIU，其FOM*值最大高