关键词：
超表面
吸收器
石墨烯
太赫兹
悬链线
摘要：
超材料是一种人工复合结构或复合材料,因为其具有诸多天然材料本身所不具备的电磁特性,在完美透镜、负折射、偏振转换器、光学隐身等诸多领域有着重要的应用。超材料在制备上常采用金属材料,而金属超材料在应用中存在损耗较大的缺点,因此如石墨烯、二硫化钼等低损耗的的功能材料相继被投入到超材料的研究中。近年来,利用石墨烯实现对电磁波吸收器动态调控的研究受到广泛关注,石墨烯吸收器不仅能实现单带、双带、多带乃至宽带的吸收,还可以实现对吸收的动态调节。为使石墨烯实现完美吸收,图案化石墨烯是一种常用的方法,将石墨烯设计成不同的图案,可得到不同功能的石墨烯吸收器。在对电磁波的调控以及光与物质的研究上,基于悬链线所设计的超材料有着重要的应用。但前期的研究大多着重于悬链线对电磁波的相位调节,在吸收器方面的应用研究较少。本文主要工作是利用悬链线,设计出能实现对电磁波完美吸收的基于图案化石墨烯的可调谐完美吸收器(吸收率大于90%)。
本文首先设计了一种由含悬链线的图案化石墨烯层,二氧化硅层和金基底组成的具有三明治结构的双频石墨烯吸收器,经计算,在太赫兹频段该吸收器可实现双频完美吸收,两个峰的吸收率均超过了99%。对石墨烯层表面电场强度和电流分布的分析可表明该双频完美吸收与石墨烯层的局域表面等离激元激发所引起的电偶极子共振有关。在此基础上,对共振吸收频率与吸收器结构的几何参数、费米能级、弛豫时间进行了仿真模拟计算,结果显示:该吸收器可有效地实现对吸收的调控。同时对该结构在不同入射角的电磁波入射下也进行了仿真计算,结果表明:该结构在0-40°入射角范围内,均能体现出较高吸收率。其次,本文在基于双频石墨烯吸收器的前提下,将不同尺寸的悬链线图案化石墨烯相组合,设计了一种宽带的石墨烯完美吸收器,计算结果显示该吸收器在太赫兹频段可实现宽带完美吸收。对石墨烯层表面电场强度的分析表明该宽带完美吸收与不同尺寸的石墨烯图案层中的局域表面等离激元激发的叠加有关。该吸收器在较大入射角θ范围内都可保持良好的宽带吸收,而当入射角θ大于40°后,吸收曲线会逐渐变为双频吸收。
本文的研究对扩展悬链线在超材料中的应用具有一定的意义。另外通过单层简单的石墨烯图案实现双频和宽带完美吸收,相比于多种复杂图案的叠加以及多层结构的设计,将更利于吸收器的制备。
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