基于表面等離子體激元特性的紅外超材料吸波結構及其熱輻射調控研究.pdf

1、紅外超材料吸波結構是近年來出現(xiàn)的一種新型人工電磁結構材料，其獨特的電磁諧振特性使之迅速成為了人工電磁結構材料領域中的研究熱點。這種新型人工電磁結構材料的出現(xiàn)極大地擴展了紅外波段電磁波與物質之間的作用方式，使其在包括選擇性熱發(fā)射、敏感探測和紅外反探測等領域中展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。
　　本論文以基于表面等離子體激元特性的紅外超材料吸波結構為研究對象，針對紅外超材料吸波結構吸收頻點單一、吸收頻帶窄的限制，圍繞多峰和寬頻吸波結構的設計開

2、展了一系列的研究工作。論文工作討論了紅外超材料吸波結構研究中所涉及的表面等離子體激元激發(fā)機制、電磁響應特性和諧振行為規(guī)律，并提出了多種具有多峰和寬頻吸收效果的吸波結構。在此基礎上，針對紅外反探測這一應用背景，提出了基于紅外超材料吸波結構的熱輻射調控方法。本論文的主要工作如下：
　?。?）構建了適用于紅外超材料吸波結構的等效電路模型。根據(jù)紅外超材料吸波結構中的電磁場與電流分布，建立了聯(lián)系吸波結構的結構參數(shù)以及介質層材料參數(shù)與諧振頻率

3、之間關系的等效電路模型，并結合表面等離子體激元的激發(fā)響應特性，得出了影響吸波結構諧振頻率的幾個關鍵因素，為多峰和寬頻吸波結構設計提供了理論指導。
　　（2）提出了一種基于介質層材料調制的多峰和寬頻紅外超材料吸波結構。針對目前多峰和寬頻紅外超材料吸波結構多是基于諧振圖案設計實現(xiàn)的現(xiàn)狀，利用介質層材料相對介電常數(shù)的諧振調制，即表面等離子體激元對介電常數(shù)的響應特性，通過多個諧振層疊加的方式，實現(xiàn)了多峰和寬頻的吸收效果。此外，在這種吸波結

4、構中還發(fā)現(xiàn)了多諧振的吸收峰能夠基于不同的損耗機理而產生。
　?。?）提出了一種具有慢波特性的寬頻紅外超材料吸波結構。通過對介質層材料相對介電常數(shù)的梯度設計，利用慢波模式的激發(fā)，實現(xiàn)了一種具有寬頻帶的吸波結構。該結構對入射波角度不敏感，并且通過設計還能夠實現(xiàn)極化不敏感的吸收效果。
　?。?）提出了一種基于紅外超材料吸波結構的熱輻射調控方法?；跓彷椛湎嚓P理論，利用紅外超材料吸波結構靈活的諧振頻率和吸收率可調控性，以所設計的多峰

5、和寬頻吸波結構實現(xiàn)了對大氣窗口波段和非大氣窗口波段的熱輻射調控。在大氣窗口波段內，這種調控方法能夠有效地對發(fā)射率、輻射出射度和輻射溫度等相關熱輻射參量進行調制，并可以通過高、低發(fā)射率吸波結構的搭配組合形成熱迷彩圖案；在非大氣窗口波段內，這種調控方法能夠將3~5μm和7.5~14μm這兩個大氣窗口波段內的輻射能量轉移到5~7.5μm的非大氣窗口波段內發(fā)射，有效地降低了探測波段內的紅外輻射信號。
　　本論文的研究工作對于多峰和寬頻紅外