金属/介质多层微结构的吸波器件研究

来源 :江南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:franklee19851126
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随着精密加工技术和生长技术的不断进步,现代光学器件朝着精密化和微型化快速发展,微纳光学器件也随之受到人们广泛关注。自Landy等人首次提出超材料近乎完美吸波器(MPA)后,超材料吸波器件慢慢成为微纳光学器件中的热门领域。金属/介质多层微结构的吸波器件作为超材料吸波器件的一个重要的分支,具有巨大的应用价值和发展前景。迄今为止,人们已经做出了许多努力来改善金属/介质多层微结构的吸波器件的光吸收,吸收特性也从最初的单频带拓展到多频带、宽带、宽角度入射、偏振不敏感等。结合现在成熟的制备工艺,金属/介质多层微结构的吸波器件已经被广泛应用到各个领域。本论文基于时域有限差分理论方法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)对几种新颖的金属/介质多层微结构的吸波器件进行理论计算与分析。主要研究内容如下所示:1.提出了一种新颖的双频带吸波器件,通过使用双曲矩形阵列(HRA)来增强光吸收。HRA的光吸收增强是由传播表面等离子体(PSP)共振引起的,在可见光到近红外波段具有约为95%的峰值吸收的双吸收带。结构的选择性吸收特性来自于双曲线色散特性,利用等效介质理论(EMT)评估HRA的吸收光谱,并且随着膜对数的增加,实际结构的吸收光谱越来越接近EMT的吸收光谱。此外,双频带吸收对于HRA的脊宽和膜对数的变化不敏感,利用两个吸收带可以实现良好的折射率传感性能。2.提出了一种利用周期性电介质线增强单层二硫化钼(MoS2)的双频带光吸收的方法。单层MoS2的光吸收增强源自于米氏(Mie)共振,并且在共振波长处,结构中单层MoS2的吸收显著增强,分别达到了93.7%和94.6%。阻抗匹配理论和波导理论被用来评估基于MoS2吸波器的选择性吸收特性。此外,当电介质线的顶部和底部宽度发生显著变化时,单层MoS2仍可以保持良好的吸收特性。3.提出并实验上证明了一种金属-介质周期膜堆与金属微结构阵列相结合的超宽带吸波器件。由于PSP共振和间隙等离子体激元(GPP)共振的激发,提出的超宽带吸波器可以实现380-2158.7 nm宽波段范围内近乎完美的吸收,平均吸收效率达到了96.5%。为了更好地理解超宽带吸波器的近乎完美吸收特性,引入阻抗理论来评估吸波器的光谱特性。此外,提出的超宽带吸波器表现出优异的角度不敏感和偏振无关特性,且无需使用金或银等贵金属,制备成本低,具有极高的制备容差。
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