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亚波长的人工结构材料(Sub-wavelength Artifical Structural Materials,SASMs)具有能够获得新奇电磁特性、任意电磁参数以及可控电磁响应的能力。完全不同于传统电磁辐射吸收,SASMs展示了一种利用亚波长结构实现吸收电磁辐射的方法。以SASMs为基础的电磁吸收体(Electromagnetic absorber,EM-ABSORBER)自2008年被提出以来,就得到学术界的广泛关注。本文以此为契机,针对SASMs的吸收特性以及EM-ABSORBER开展了如下主要的研究工作:
1、以SASMs的有效电磁参数人工调制为基础,深入分析了SASMs的吸收理论；总结了EM-ABSORBER的条件:阻抗匹配以及透射抑制;提出了实现EM-ABSORBER的两种思想:利用单元结构电磁谐振以及利用表面等离子(Surface Plasmons,SP)耦合能量。
2、在微波、太赫兹波段,利用现有典型磁谐振结构(金属断线对)结合偶极子共振,提出了基于开口金属短线对的EM-ABSORBER,分析了其辐射吸收的角度、带宽以及损耗特性:在红外、可见光波段,提出了一类基于亚波长金属孔阵列的EM-ABSORBER,理论证明SP耦合在该类EM-ABSORBER中起到能量耦合的关键作用,并进一步发展出利用不同尺寸的孔阵列来实现EM-ABSORBER带宽拓展的方法,运用混合表面等离子体耦合理论(Mixed Surface Plasmoncoupling,Mixed-SP coupling)来对其进行了解释。
3、完成了微波EM-ABSORBER的实验验证；完成了紫外固化纳米压印技术的装置研制以及工艺探索,以此技术为基础,进行了红外EM-ABSORBER制备的初步探索性实验。
本文重点完成了SASMs的吸收特性以及EM-ABSORBER的设计和实验等方面的工作。所取得的成果:包括实现EM-ABSORBER的思想和设计、Mixed-SPcoupling理论、微波实验以及红外EM-ABSORBER的制备,将会为后续SASMs吸收特性的进一步理论研究和相关的实际应用提供理论指导和实验基础。