基于電磁超材料吸波體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真研究

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1、＾Ｉ巧為旅挪ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＩ碩±學(xué)位論文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＩ論文題－真阱究目基于電磁超材料吸波體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仍＾Ｔ學(xué)科專業(yè)光學(xué)工程學(xué)號(hào)２０１２２１０５０４０６作者姓名侯劍章指導(dǎo)教師顧德恩副教授獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加ｙｕ示注和致謝的地

2、方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。作者簽名：痛金停日期冷腳６月么日＿論文使用授權(quán)本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可Ｗ將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索

3、，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）作者簽名；導(dǎo)師簽名：＿該金憐聲釋私曰期：Ｏ年月＾曰三ＩＢ＾分類號(hào)密級(jí)注1UDC學(xué)位論文基于電磁超材料吸波體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真研究（題名和副題名）侯劍章（作者姓名）指導(dǎo)教師顧德恩副教授電子科技大學(xué)成都（姓名、職稱、單位名稱）申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士學(xué)科專業(yè)光學(xué)工程提交論文日期2015.04.14論文答辯日期2015.05.29學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)2015年6月答辯委員會(huì)主席李偉教授評(píng)

4、閱人何少偉副研究員王軍副教授注1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類法UDC》的類號(hào)。DESIGNANDSIMULATIONOFELECTROMAGNETICMETAMATERIALABSORBERSTRUCTUREAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:JianzhangHouAdvisor:DeenGuSchool:SchoolofOptoe

5、lectronicInformation摘要超材料一般是指具有自然媒質(zhì)所不具備的特異物理特性的一類人造復(fù)合結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以調(diào)節(jié)其等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的調(diào)控,其相關(guān)研究已經(jīng)成為一個(gè)涉及物理學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)和化學(xué)等學(xué)科的前沿交叉學(xué)科。作為超材料的一項(xiàng)十分突出的應(yīng)用之一——超材料吸波體，由于其可以在特定波長(zhǎng)處實(shí)現(xiàn)接近于1的“完美”吸收，成為了許多新穎應(yīng)用的最佳選擇。自從2008年首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其存在以來，許多新穎的超材料吸波體結(jié)構(gòu)相繼被提出，并逐步從微波波段延

6、伸到紅外、甚至可見光波段。本論文首先對(duì)超材料和超材料吸波體的概念、進(jìn)展及其應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。隨后詳細(xì)介紹了超材料吸波體的設(shè)計(jì)、分析和表征所涉及的基礎(chǔ)理論，然后提出了兩種不同類型的吸波體：超材料吸波體和超窄帶吸波體，并對(duì)其展開了分析和討論。本論文所做的主要工作及成果如下：（1）設(shè)計(jì)出了一種三層超材料吸波體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅可在5.8μm處取得99.9%的吸收率，而且還具有極化不敏感性、寬角度特性。更重要的是，所提出的超材料吸波體還具有極好的可調(diào)諧性，通過改變其結(jié)構(gòu)尺寸，可以使諧振波長(zhǎng)在3.4μm

7、和8.6μm之間任意移動(dòng)，且吸收率始終保持在95%以上。此外，還對(duì)其吸收機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的討論和分析。吸波體的近乎于1的吸收來源于電共振和磁共振，能量損耗主要來源于上下兩層金屬層內(nèi)的歐姆損耗。（2）基于上述所設(shè)計(jì)的超材料吸波體，將其與具有相變特性的二氧化釩材料相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)吸收率的調(diào)制。將吸波體的最上層材料用二氧化釩材料代替，在二氧化釩相變前后可以實(shí)現(xiàn)吸收率從2%左右到99.8%的調(diào)制，且在金屬態(tài)下具有非常寬的吸收帶寬。將底層材料用二氧化釩代替，也可以實(shí)現(xiàn)吸收率從16%左右到96.4%的調(diào)制。

8、（3）提出了一種超窄帶“完美”吸波體，其不僅可取得近乎1的吸收，而且其半高寬度僅為3.12nm，同時(shí)還具有極化不敏感和寬角度特性。該吸波體對(duì)環(huán)境折射率非常敏感，通過數(shù)值模擬可知其靈敏度和品質(zhì)因數(shù)分別為1423nm/RIU和*259/RIU，其FOM值最大高達(dá)2723，是一種性能非常優(yōu)越的傳感器件。關(guān)鍵詞：超材料，吸波體，完美吸收，二氧化釩，超窄帶IABSTRACTMetamaterialsgenerallyreferstoaclassofartificialcompositestructures