基于纳米压印的超材料近红外吸收器的制备研究

超材料吸收器的高吸收率源于表面金属颗粒与介质层之间产生的局域等离激元共振以及由金属颗粒--介质层--金属反射层构成的微腔所导致的共振吸收。其吸收特性与金属颗粒的尺寸、形貌和介质层的材料和厚度密切相关。设计优化了一个在近红外波段1.2 μm处具有近完美吸收的超材料吸收器。以该设计为蓝图,利用纳米压印技术制备了一系列具有不同介质层厚度的器件,并利用红外反射谱定量研究了这些器件的吸收特性。实验结果证实,用纳米压印技术制备的超材料器件具有工艺可靠性好、加工精度高等优点。实验测得的吸收率变化趋势与理论预期相符,吸收率较高。     

田字形地震超材料甚低频宽带隙机理

在地球中传播的地震波主要有体波和表面波,而表面波中Rayleigh波对建筑物造成的破坏最为强烈。针对Rayleigh波的振动控制,提出一种田字形超材料结构。相比于传统的地震超材料,这种超材料屏障是由外部口字形框体内部嵌套十字形柱体组成,形成4个可填充区域,其外部框体采用部分埋入的方式,具有高强度、强稳定性、填充方式灵活的特点。应用有限元法计算了田字形超材料的能带结构和传输特性,并通过分析带隙边界处模态振型可知,带隙的打开是由于柱体的局域共振。结合带隙机理可知,柱体结构中土壤填充量不同可改变柱体的质量,形成不同的谐振频率,产生甚低频带隙。为进一步拓宽带隙,设计研究了正、负梯度的质量填充方式,均可得到3.3~13.1 Hz甚低频宽带隙,在谐振频率范围内两者的隔震方式分别为Rayleigh波彩虹捕获和Rayleigh波到体波的转化。最后,采用EI-Centro地震波对填充屏障进行了时程验证,加速度最大幅值衰减超过80%,为地震超材料在减震隔震方面应用提供了新的设计思路和方法。     

Giant Asymmetric Transmission and Circular Dichroism with Angular Tunability in Chiral Terahertz Metamaterials

Inspired by the chiral structure from mode interaction, a chiral terahertz metamaterial and its complementary structure with the coexistence of asymmetric transmission and circular dichroism response are designed. The asymmetric transmission happens in the presence of electric and magnetic modes perpendicular to each other, resulting from intrinsic chirality under normal incidence. Circular dichroism exists in the presence of electric and magnetic modes parallel to each other under oblique incidence because of extrinsic chirality. Both asymmetric transmission and circular dichroism are enhanced by complementary structures, benefitting from the coupling between adjacent units. The maximum of chiral parameter κ can achieve 450, which is one hundred times higher than previously reported. The chiral response can be tuned by the incident angle and is sensitive to the environmental refractive index. The results highlight the potential applications of these metamaterials in chiral sensing and polarization transformation devices.     

结构型多尺度超材料吸波体的设计与研究

文中提出了一种结构型多尺度超材料吸波体。微观层面,该吸波体的结构单元采用微米级羰基铁粉 (CIPs)和多壁碳纳米管(MWCNTs),二者可有效提升吸波体的介电损耗及磁损耗特性;宏观层面,吸波体结构单元 顶部为平台型结构,可提升吸波体对电磁波的阻抗匹配特性。仿真结果表明,该超材料吸波体的反射损耗最小值为 -18. 15 dB,吸收率峰值可达0. 98,吸收率超过0. 9 的频带宽度为5. 5 GHz。通过CIPs、MWCNTs 以及吸波体宏观结 构的协同作用,该吸波体可实现高效宽带吸收特性。     

基于集总电阻的S波段小型化超材料吸波器

提出了一种基于集总电阻的S波段小型化超材料吸波器(Metamaterial Absorber,简称MMA)结构, 并进行了理论分析和仿真验证。设计的MMA 基本单元结构由加载了集总元件的电谐振器、中间隔离层和金属背板组成。利用S 参数反演算法求出等效阻抗,结果表明集总电阻的加入使该MMA 在较宽频带范围内有较好的阻抗匹配特性。根据等效电路理论,分析了MMA谐振吸收频率与其单元结构几何参数之间的关系。通过MMA 单元结构表面电流和能流分布分析了其吸波机制。不同模式下的极化角和斜入射角吸收率表明:该MMA具有极化不敏感和宽入射角特性。进一步研究MMA 结构-参数对其吸波性能的影响,通过单元结构几何参数和集总参数的调节获得最优的MMA模型。最终,通过MMA基本单元结构的进一步优化设计,使其在1.9～6.0GHz 范围内吸收率达到90%以上,对应的相对带宽达到101.9%。该设计有望在电磁能量捕获及隐身领域拥有潜在应用价值。     

太赫兹滤波器

太赫兹技术在生物、国防以及基础研究等方面有重要的应用,要实现对太赫兹波技术的实际有效的应用,与之相关的太赫兹传导、滤波器件等功能器件至关重要.目前太赫兹滤波器结构主要基于二维光子晶体、超颖材料、表面等离子体等结构.就太赫兹滤波器的研究进展进行了总结,并对其今后的研究发展方向进行了分析.     

支撑介质对平面型电磁带隙结构带隙特性的影响

运用直线法对含有不同参数支撑介质的平面型电磁带隙（EBG）结构进行了分析.概述了算法的实现过程,使用周期边界条件隔离出一个结构单元作为计算区域,并利用直线法得到了位函数在各层介质界面间的传输方程.通过联立场分量与位函数的变换关系和界面处切向场分量的连续性条件,建立了本征方程, 得到了表征该EBG 结构表面波带隙的本征模频带图.同时,使用该方法对含有不同介电常数、不同厚度支撑介质的表面波带隙进行了计算.通过对计算结果的分析,得到了支撑介质对平面型EBG 结构带隙特性影响的六条结论,为平面型EBG 结构的设计 关键词： 超媒质 光子带隙 周期结构 表面波     

小型化电谐振人工特异材料研究

详细分析了电谐振人工特异材料设计原理,并结合等效电路模型通过加载等效电感、等效电容和接地等方法,将相同尺寸的工字形结构工作频率从12.21 GHz降到了5.46 GHz,小型化效果明显.该成果不仅对于不同结构人工特异材料小型化设计提供了重要的参考,同时也为设计不同性能、不同工作频率的人工特异材料提供了明确的研究方向和有效的途径.     

Observation of Fano resonance and classical analog of electromagnetically induced transparency in toroidal metamaterials

Toroidal multipoles have recently been explored in various scientific communities, ranging from atomic and molecular physics, electrodynamics, and solid‐state physics to biology. Here we experimentally and numerically demonstrate a three‐dimensionsal toroidal metamaterial where two different toroidal dipoles along orthogonal directions have been observed. The chosen toroidal metamaterial also simultaneously supports Fano resonance and the classical analog of electromagnetically induced transparency (EIT) phenomena in the transmission spectra that originate from the electric–toroidal dipole and electric–magnetic dipole destructive interference. The intriguing properties of the toroidal resonances may open up avenues for applications in toroidal moments generator, sensing and slow‐light devices.     

异向回旋媒质平板波导的模式特性分析

研究了异向回旋媒质平板波导中电磁波的模式特性,给出了电磁波在异向回旋媒质中的导行条件。根据媒质介电常数张量分量取不同的符号,分4类情况分析不同媒质参数条件下传播模式的特性,并讨论了不同情况下虚横波数模式的存在性。结果表明这种媒质中的电磁波模式与一般媒质有很大不同。