對(duì)數(shù)周期光學(xué)天線的近紅外吸收特性研究.pdf

1、近些年來(lái)，金屬納米結(jié)構(gòu)的吸收特性從THz到可見(jiàn)光波段的范圍內(nèi)得到了廣泛而深入的研究，并且獲得了良好的吸收效果，不過(guò)對(duì)入射光的偏振性和角度等條件的適應(yīng)性方面存在一定的差異;而具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征的對(duì)數(shù)周期天線，常用于微波波段的研究和應(yīng)用，近兩年也在紅外波段得到了研究，不僅保持了其良好的帶寬和增益等原有特性，還展現(xiàn)出在傳感等應(yīng)用潛力。而本論文則基于有限元方法(Finite-Element Method，F(xiàn)EM)對(duì)膜耦合對(duì)數(shù)周期光學(xué)天線吸收器件在

2、近紅外光波段的吸收特性，進(jìn)行了系統(tǒng)性地?cái)?shù)值建模和仿真研究，以實(shí)現(xiàn)并證明其潛在具備的良好吸收性能和潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)入射光線以橫電波模式（TE偏振）和橫磁波模式（TM偏振）垂直入射時(shí)，該光學(xué)吸收器件均在波長(zhǎng)為1280nm附近出現(xiàn)了最大的吸收特性，分別達(dá)到了95％和93％，并且能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種模式吸收效率90％以上的理想吸收情況;而當(dāng)光線非垂直入射時(shí)，該吸收峰仍能在±85°范圍內(nèi)保持60％以上的吸收效率。這表明，膜耦合對(duì)

3、數(shù)周期光學(xué)吸收器件在近紅外光波范圍具有高效的吸收效率;并且，當(dāng)光線垂直入射的條件時(shí)，該高效吸收峰與光線本身的偏振方向無(wú)關(guān)，體現(xiàn)出該結(jié)構(gòu)適應(yīng)外界條件方面的能力;同時(shí)，該高效吸收峰也能在入射光線的角度發(fā)生變化時(shí)顯示出良好的廣角特性，進(jìn)一步增強(qiáng)了該結(jié)構(gòu)對(duì)外界條件的兼容性，并與其他眾多吸收器結(jié)構(gòu)相比中展現(xiàn)出其優(yōu)越性。本課題還借助電磁物理場(chǎng)的空間截面圖以及對(duì)照組的設(shè)置，探討并指明了膜耦合對(duì)數(shù)周期光學(xué)天線吸收器件能夠具備高效吸收效率的原因，包括光學(xué)

4、天線電荷集聚而產(chǎn)生的電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)、天線與金屬平面層在介質(zhì)層間的磁場(chǎng)諧振效應(yīng);其中，前者更多決定了吸收器件的吸收效率，后者更多貢獻(xiàn)于吸收峰的位置確定，即存在差異性的貢獻(xiàn)。
　　此外，研究中還發(fā)現(xiàn)該對(duì)數(shù)周期光學(xué)吸收器件具有高階吸收峰特性:首先，在高階吸收峰處展現(xiàn)出了明顯的偏振選擇特性，而該特性也由于結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱而具備一定的周期性;當(dāng)光線非垂直入射時(shí)，僅有特定波長(zhǎng)范圍且在狹小的角度內(nèi)的光線能夠幾乎完全地限制于該光波吸收器中，展現(xiàn)了該吸收