光学超材料吸收器
基于超材料的宽带高吸收率吸波器研究
波 器 在 ｘ 波 段 雷 达 、电磁 隐 身 等 方 面 有 着 巨大 的 潜 在 应 用 。
ห้องสมุดไป่ตู้
关 键 词 ：超 材 料 吸 波 器 ；宽 频 带 ；高 吸 收 率 ；集 总 电 阻
中 图 分 类 号 ：ＴＮ９７２＋．４４
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１６１５７／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５８—７９９８．１７１４１２
ｈｉｇｈ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｆｏｒ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｗａｖｅ ｗｊｔｌ１ ｗｉｄｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ａｎｇｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ａ ｂ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｒ－
ｆａｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ．Ｔｈｅ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｈｉｇｈ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｈａｓ ａ ｈｕｇｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｘ ｂａｎｄ ｒａｄａｒ， ｅｌｅｃｔｒ ｏ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｅａｌｔｈ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ． Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ： ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ ａｂｓｏｒｂｅｒ；ｂｒｏａｄｂａｎｄ；ｈｉｇｈ ａｂ ｓｏｒ ｐｔｉｏｎ；ｌｕｍｐｅｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
中文 引 用 格 式 ：于榭 彬 ，宋 耀 良 ，范 事成 ．基 于超材 料 的宽 带 高吸 收率 吸 波器 研究 【Ｊ】．电子技 术 应用 ，２０１７，４３（１２）：８９—９１，９５． 英 文 引 用 格 式 ： Ｙｕ Ｘｉｅｂｉｎ，Ｓｏｎｇ Ｙａｏｌｉａｎｇ，Ｆａｎ Ｓｈｉｃｈｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ｍｅｔａｍａｔｅ‘ ｒｉａｌ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１７，４３（１２）：８９—９１，９５．
《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》范文
《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇一一、引言随着科技的发展，太赫兹波在通信、生物医学和安全检测等领域的应用越来越广泛。
超材料吸收器作为太赫兹波应用的关键技术之一，其性能的优化和调控成为研究的热点。
本文提出了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器，旨在通过材料的独特性质实现吸收器的性能优化和可调谐性。
二、石墨烯和二氧化钒的特性1. 石墨烯：石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有优异的电学、热学和力学性能。
在太赫兹波段，石墨烯具有较高的电导率和可调谐的电学性质，使得其成为超材料吸收器的理想材料。
2. 二氧化钒：二氧化钒是一种相变材料，在特定温度下会发生金属-半导体相变。
在太赫兹波段，二氧化钒的电学性质可调，且具有较高的光学透过率，使其成为超材料吸收器中可调谐元件的理想选择。
三、太赫兹可调谐超材料吸收器的设计本文设计的太赫兹可调谐超材料吸收器以石墨烯和二氧化钒为主要材料，通过将二者结合，实现吸收器的可调谐性。
设计过程中，我们采用了周期性排列的金属-介质-金属结构，其中介质层采用石墨烯和二氧化钒的复合材料。
通过调整石墨烯的电导率和二氧化钒的相变温度，实现吸收器的太赫兹波段的可调谐性。
四、吸收器性能的仿真与分析我们采用时域有限差分法对所设计的太赫兹可调谐超材料吸收器进行仿真分析。
仿真结果表明，该吸收器在太赫兹波段具有较高的吸收率和可调谐性。
通过调整石墨烯的电导率和二氧化钒的相变温度，可以实现吸收峰的频率移动和吸收强度的调节。
此外，该吸收器还具有较高的光学透过率和较低的反射率，有利于提高太赫兹波的应用效率。
五、实验验证与性能优化为了验证仿真结果的准确性，我们进行了实验验证。
通过制备基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器样品，并对其性能进行测试。
实验结果表明，该吸收器具有良好的可调谐性和较高的吸收率，与仿真结果基本一致。
为了进一步提高吸收器的性能，我们进一步优化了金属-介质-金属结构的尺寸和排列方式，以及石墨烯和二氧化钒的复合比例。
超材料的光学性质和应用前景
超材料的光学性质和应用前景超材料是一类具有特殊结构的材料，其结构尺度远小于光波长，具有反常的光学性质，可以用于改变光的传播方向、波长和极化等。
因此，超材料在光通信、光电子学、生物医学和能源等领域具有广阔的应用前景。
本文将从超材料的光学性质和应用前景两个方面对其进行探讨。
一、超材料的光学性质超材料的光学性质是由其特殊结构所决定的，即由小尺度结构组成的大尺度材料。
因此，超材料可以作为一种介电常数和磁导率均不为零的人造材料，来控制光的波动方向和极化方向。
1.负折射率超材料具有负折射率，是由其微观结构决定的。
实际上，自然界中的材料均具有正折射率，而超材料却具有负折射率。
当光线进入超材料时，其经过折射后反方向弯曲，即表现为向前传输的光线看起来像是从后面追上来的。
这种光学现象，称为反向法拉第效应，可以实现在纳秒时间尺度内将光线压缩。
2.色散补偿颜色是由光的波长决定的，而不同波长的光线在经过材料时会发生不同的色散。
超材料通过特定的结构设计，可以实现对色散的补偿。
这种色散补偿有助于提高光通信中的通信带宽，也有利于生物医学中的成像。
3.光学吸收超材料对特定波长的光线也有极强的吸收效应，能够将光线的能量转换为热能，从而实现对光谱的调控。
此外，由于超材料对光的吸收能力可以被微观结构所控制，因此，它还可以在太阳能电池和超级电容器等领域得到广泛应用。
二、超材料的应用前景1.光通信超材料可以帮助光波在传输过程中实现更快速、更稳定的信号传输。
超材料元器件还可以用于传输和处理光信号的传感器。
此外，超材料还可以用于光学无源器件的制造，从而实现更高性能的光网络，提高通信的可靠性和灵敏度。
2.生物医学超材料在生物医学中的应用主要体现在成像和治疗方面。
超材料可以制造出高分辨率的显微镜和医学成像设备，对体内组织的生物学和化学变化进行精确定位，并开发出定向送药系统和糖尿病监测器等更智能、便携和低成本的医学设备。
3.能源领域超材料通过在太阳能电池和超级电容器等能源领域应用，可以提高光电子设备的能量转换和存储效率。
超材料在光学领域中的应用研究
超材料在光学领域中的应用研究随着科技的不断进步，超材料作为一种新兴材料，已经引起了科学家们的广泛关注。
超材料具有一些普通材料所没有的特殊性质，这使得它在光学领域中具有广泛的应用前景。
本文将介绍超材料在光学领域中的应用研究。
首先，超材料在光学透镜方面的应用已经取得了重要进展。
传统的透镜受到折射率的限制，而超材料透镜可以通过调整其结构来实现对光的折射率的精确控制。
这使得超材料透镜可以实现更高的分辨率和更大的焦距范围。
此外，超材料透镜还可以实现对光的聚焦和分散，从而在光学成像和光谱分析等领域中发挥重要作用。
其次，超材料在光学传感器方面的应用也备受关注。
传统的光学传感器通常依赖于材料的吸收、散射或发射等特性来实现对光信号的检测。
而超材料可以通过调整其结构和组分来实现对光信号的高度敏感性检测。
这使得超材料在生物传感、环境监测和光学通信等领域中具有广泛的应用前景。
例如，超材料传感器可以用于检测微量的生物分子，从而实现早期疾病的诊断和治疗。
此外，超材料在光学调制器方面的应用也具有重要意义。
光学调制器是一种用于调节光信号强度和相位的设备，广泛应用于光通信和光信息处理等领域。
传统的光学调制器通常依赖于电场或温度等外部因素来实现对光信号的调制。
而超材料调制器可以通过调整其结构和组分来实现对光信号的高度精确的调制。
这使得超材料调制器具有更快的响应速度和更高的调制深度，从而在光通信和光信息处理等领域中发挥重要作用。
最后，超材料在光学隐身技术方面的应用也备受关注。
光学隐身技术是一种通过调整材料的光学特性来实现对光信号的屏蔽和反射的技术。
传统的光学隐身技术通常依赖于材料的吸收或散射等特性来实现对光信号的屏蔽。
而超材料可以通过调整其结构和组分来实现对光信号的高度精确的屏蔽和反射。
这使得超材料在军事隐身和光学安全等领域中具有广泛的应用前景。
综上所述，超材料在光学领域中的应用研究具有重要意义。
超材料透镜可以实现更高的分辨率和更大的焦距范围，超材料传感器可以实现对光信号的高度敏感性检测，超材料调制器可以实现更快的响应速度和更高的调制深度，超材料隐身技术可以实现对光信号的屏蔽和反射。
cst超材料吸收率随入射角的变化光谱
cst超材料吸收率随入射角的变化光谱
CST超材料的吸收率随入射角的变化光谱取决于材料的特性
和结构。
一般来说，超材料的吸收率对入射角的变化是敏感的，并且可能出现吸收谷或吸收峰。
在某些情况下，当入射光的波长与超材料的结构周期匹配时，吸收峰可能出现。
这种现象被称为布拉格反射，类似于光在光栅上的反射。
当入射角变化时，布拉格反射的吸收峰位置会发生移动。
此外，超材料的吸收率还可能受到入射角的变化而发生调制。
具体来说，当入射角改变时，超材料的电磁响应也会发生变化，导致吸收率发生变化。
这种现象可以用来设计用于调制或调控光的器件。
需要注意的是，超材料的吸收率随入射角的变化光谱是一个复杂的问题，因为它涉及到材料的光学特性、结构设计以及入射光的频率和极化等因素。
因此，具体的光谱变化需要根据具体的超材料结构和特性进行分析和研究。
光学超材料的研究及其应用前景分析
光学超材料的研究及其应用前景分析光学超材料是一种新兴的光学材料，具有很高的光学吸收率和折射率，同时还具有很强的色散性和非线性效应。
近年来，光学超材料的研究和应用得到了广泛的关注和研究。
本文将会从光学超材料的定义，结构与性质，研究现状以及未来的应用前景等方面逐一探讨。
一、光学超材料的定义光学超材料是由一系列微观结构组成的周期性介质，并且这些微观结构的周期与光波的波长相当。
其最重要的特点是在电磁波频率范围内具有可调控的折射率和吸收系数，从而能够实现对光的有效控制和调节。
二、光学超材料的结构与性质光学超材料一般采用的结构有二维和三维结构，其基本单元包括介电纳米颗粒、金属纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米环等类型。
在这些基本单元的组合下，光学超材料可以实现对电磁波频率范围内的光的有效控制和调节。
其基本原理为：通过有效的设计和优化微观结构，可以实现对光的折射、反射、衍射、透明度、吸收率等性能的调控。
通过对材料结构的调节和控制，还可以实现在红外、可见光和紫外等波段的光学应用。
三、光学超材料的研究现状光学超材料的研究可以追溯到20世纪初，在近些年随着微纳加工技术的发展和计算机模拟方法的应用，光学超材料的研究和应用得到了极大的推动和发展。
同时，超材料在电子器件、微波光子学、激光技术和光导器件等领域的应用也逐渐增多。
目前，光学超材料的研究主要涉及到以下几个方面：1、光学超材料的制备与结构设计2、光学超材料的光学性质研究与模拟分析3、光学超材料的性能优化和改进4、光学超材料的应用研究和开发四、光学超材料的应用前景随着光学超材料的研究和应用得到了逐年增加的进展，其在通信、传感、化学和生物技术等领域的应用前景也逐渐浮现。
以下是几个有代表性的应用领域：1、光学传感：光学超材料可以用于制造更加灵敏的传感器，用于探测环境中的化学和生物分子等，同时还可以实现对信号的增强和加强噪声的抑制。
2、纳米电路：由于光学超材料的集成电路性能优越，可以用于制造更加高效、灵敏的电路，从而实现更高的效率和更高的准确性。
超材料在光学中的应用及其前景展望
超材料在光学中的应用及其前景展望超材料是一种具有特殊于其组成材料的结构和性质的材料。
在光学领域中，超材料的应用前景非常广泛。
超材料在光学中的应用主要体现在光学设备的改进和新型光学器件的开发上。
一方面，超材料可以用于改进光学设备的性能。
例如，超材料可以用于改进光学透镜的成像质量。
传统的光学透镜受制于折射率的约束，无法在特定波长范围内实现完美成像。
而超材料可以通过合理设计的结构和元件，控制光的传播和折射，从而达到超分辨率的成像效果。
这种特性可以应用于医学成像、光学传感器和安防监控等领域，显著提高成像质量和定位精度。
另一方面，超材料还可以用于开发新型光学器件。
例如，超材料在红外光谱范围内表现出特异的介电常数和磁场响应，具有优秀的吸收和散射特性，可以用于开发高效率的红外探测器。
此外，超材料还可以应用于光学通信领域，通过控制光的传输特性，实现超短距离光波导器件和光电器件，提高通信速率和传输效率。
此外，超材料还可以应用于太阳能电池板的开发，提高太阳能电池的能量转换效率。
超材料在光学中的应用还远不止上述几个方面。
近年来，研究人员还取得了一系列超材料在光学领域中的新突破。
例如，通过结合金属纳米颗粒和堆叠二维材料，研究人员成功地制造出了一种具有负折射率的超材料，这种材料在光学成像和折射补偿方面具有巨大的应用潜力。
此外，研究人员还提出了一种基于碳纳米管和聚合物复合材料的超材料，可以在可见光范围内完全吸收光线，并将光能转化为热能，具有重要的太阳能热能利用潜力。
总的来说，超材料在光学中的应用前景非常广阔。
随着技术的发展和研究的深入，超材料在光学设备和光学器件方面的应用将会越来越广泛。
超材料的研究和开发有望为光学器件的性能提供新的突破，推动光学领域的创新发展。
高光学吸收性能材料的特性与应用分析
高光学吸收性能材料的特性与应用分析引言高光学吸收性能的材料在各个领域具有广泛的应用前景。
通过对光学特性的调控和优化，这些材料能够实现高效的光吸收和光转换，用于太阳能电池、光催化、光电传感器等领域。
本文将重点探讨高光学吸收性能材料的特性以及它们在实际应用中的潜力。
一、光学吸收性能材料的定义和特性高光学吸收性能材料通常指的是那些能够高效地吸收入射光的材料。
其具有以下几个主要特性：1. 宽带吸收特性：高光学吸收材料能够在宽波长范围内吸收光线，从紫外到可见光再到红外光都具有很好的吸收能力。
2. 高吸收率：这些材料对入射光具有高吸收率，大部分光线能够被材料吸收而不反射或透射。
3. 低反射率：与一般材料相比，高光学吸收材料的反射率较低，使得光线不会被反射而能够被更大程度地吸收。
4. 长寿命和稳定性：这些材料具有较长的寿命和稳定性，能够在长时间内保持其光学吸收性能。
二、高光学吸收性能材料的应用领域1. 太阳能电池：高光学吸收材料在太阳能电池中能够实现光的高效转换为电能。
通过优化光吸收层的材料和结构，可以增强太阳能电池的光电转换效率，并提高其稳定性。
2. 光催化：高光学吸收材料在光催化反应中起到关键作用，能够将入射光转化为化学反应能，促进催化反应的进行。
这对于环境净化、能源转化等领域具有重要意义。
3. 光电传感器：高光学吸收材料可用于制作高灵敏度的光电传感器。
通过吸收环境中的光线并将其转化为电信号，可以实现光信号的高效检测和传输，广泛应用于环境监测、通信等领域。
4. 光学涂层：高光学吸收性能材料可用于制备具有特殊光学性质的涂层。
通过调控材料的吸收特性和反射特性，可以实现对入射光的选择性吸收和反射，用于光学器件、光学器械的设计与制备。
三、高光学吸收性能材料的研究进展目前，团队已经在高光学吸收性能材料的研究上取得了一系列重要突破。
以下是其中几个值得关注的方向：1. 结构优化：通过调控材料的结构，提高其光学吸收性能。
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FIG. 1. a) Absorption spectrum of the absorber. b) SEM image of gold nanorods on top. The scale bar is 200 nm. Solar cells NIR imaging FIG. 2. Absorption under p-polarized light. Inset is simplified structure. (a) schematic of the broadband absorber, the yellow region is gold and blue regions are dielectric. (b) cross-section of half a unit cell. A broadband absorber based gratings is numerically demonstrated, and an average absorption efficiency of 88% is achieved over a wide range of wavelengths (700-2300 nm) for p-polarized light. Blue regions are alumina, the yellow is gold. a = 100 nm, w = 80 nm, and H = 50 nm. In the simulations, half a unit cell consists of 40 grooves, i. e, the width of half a unit is 4000 nm and the depth of the deepest groove is 2000 nm.
Pro. Min Qiu, Dr. Qiang Li, Xingxing Chen, Lijun Meng, Ding Zhao, Hanmo Gong 仇旻教授，李强副教授，陈星星，孟力俊，赵鼎，龚翰墨 [1] X. X. Chen et al., Opt. Lett. 38, 2247-2249 (2013) [2] L. J. Meng et al., Opt. Express 21, A111-A122 (2013) [3] L. J. Meng et al., Opt. Lett. 39, 1137-1140 (2014) [4] D. Zhao et al., Appl. Phys. Lett. 104, 221107 (2014)
(b)
FIG. 2. (a-c) Schematic of the optimized structure. a=1400nm, s=92nm, h=50nm, and r=25nm. (d) Absorption spectra as a function of the environmental refractive index.
Ultra-narrow band absorber
(a) (c) (d)
[3,4] A ultra-narrow band absorber with high absorption is investigated. According to Kirchhoff’s law, the perfect absorber can be considered as a highly directional thermal emitter with an angular width of 0.4 mrad at 1900 nm. The structure presented here has great potential as a light source, satellite radar, sensors, etc.
Broadband absor来自er[1,2] (a) (b)
An extremely broadband absorber is fabricated using droplet evaporation method. Such a metasurface may provide possibilities for obtaining large-area light absorbers in applications such as photothermalvoltaics, NIR imaging, sensing, etc.
光学超材料吸收器
Optical Metamaterial Absorber
Turning the surfaces of metals (metasurfaces) into black (highly absorptive) surfaces has been an attractive research topic. Efficient and tunable absorption of metamaterials based on noble metal has been investigated extensively and developed in a variety of branches. Our research efforts are thus focused on designing optical absorber with novel functionalities.
Light source
Satellite radar
Sensors
An ultra-narrow band absorber consisting of continuous silver and alumina films is investigated. Owing to Fabry–Perot resonance and silver’s inherent loss, an ultra-narrow spectral range of light can be entirely trapped in the structure. FIG. 3. Calculated and measured absorption of the narrowband absorber consisting of multilayer films. The thicknesses from top to bottom are 60 nm, 150 nm, 10 nm and 150 nm, respectively. The scale bar is 200 nm. Main researchers : References