寬頻各向同性的高折射率超材料的設計與制備.pdf

1、超材料是由周期性排列的亞波長尺度的共振結構單元組成的人造材料。通過合理設計共振單元的結構，人們可以控制超材料的電磁特性，使之具有自然材料所不具備的特殊光學性能。近十年來，人們對超材料展開了廣泛地研究，主要集中于左手材料、光子晶體等方面，而對于高折射率超材料的研究較少，僅在最近開始了對其實驗上的探索。設計一種各向同性超材料，使之在較寬頻譜范圍內(nèi)具有高折射率，能為今后的器件制備提供更大的靈活性，因此對寬頻各向同性高折射率超材料的研究具有十分

2、重要的意義。
　　本文針對上述電磁超材料的研究不足，從模擬和實驗兩方面對寬頻各向同性高折射率超材料進行了探索和分析。具體包括以下內(nèi)容：
　　在模擬上設計了一種“工”字型二維結構超材料，并將其拓展到三維結構超材料。首先，采用基于有限元算法的數(shù)值模擬軟件COMSOL對“工”字型超材料在平面波垂直入射下的諧振特性進行了分析，同時研究了結構參數(shù)對其電磁性能的影響；利用S參數(shù)反演法提取有效參數(shù)，獲得了該結構的有效折射率，證明了該二維超

3、材料具有高折射率；通過優(yōu)化結構參數(shù)，獲得了性能最優(yōu)的二維高折射率超材料。進一步，將上述獲得的二維超材料擴展為多層三維結構，同時提高結構的對稱性，使之具有寬頻、各向同性的特征。經(jīng)過結構優(yōu)化，在入射光為 TE與 TM偏振時，設計的三維超材料的折射率峰值分別達到67.9和66.9，并且折射率的半高寬均達到2.0 THz以上；此外，該三維超材料具有較低的吸收損耗，在兩種入射光偏振模式下其品質(zhì)因子均達到15.0以上。
　　在實驗中制備了二維