基于氮化钛的光学超材料吸波器研究

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1、分类号TP23学校代码10495ＵＤＣ620密级公开硕士学位论文基于氮化钛的光学超材料吸波器研究作者姓名：郑亚伟学号：1515333002指导教师：汪胜祥、陈前臣学科门类：工学专业：电子与通信工程研究方向：电磁超材料完成日期：二零一八年六月WuhanTextileUniversityM.E.DissertationResearchofOpticalMetamaterialsAbsorberBasedonTitaniumNitrideCandidate：YaweiZhengSupervisor：Prof.Shengxia

2、ngWangQianchenChenTime:June2018独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解武汉纺织大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权武汉纺织大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索

3、，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要传统的惰性金属（Au、Ag）因其低电阻、高电导率的特点而被广泛应用于等离子和光学超材料器件中。然而，当Au和Ag工作在光波段时，其内部的某一自由电子吸收光子跃迁到费米表面后会造成巨大的带间损失和带内损失，这无疑增加了将超材料器件应用于实际的难度。此外，作为性质稳定的惰性金属，Au、Ag的加工也是超材料器件在

4、实际使用中所要面临的问题，而氮化钛作为一种陶瓷材料，在光波段不会产生如惰性金属的带间损失和带内损失，同时，除了具备高于惰性金属的稳定性外，在实际加工中也比惰性金属来得容易。文献研究表明，氮化钛在光波段内可以表现出类金属性。从加工成本、光学特性等几个方面考虑，氮化钛可以作为传统惰性金属的替代物应用于实际的光学吸波结构中。本文以将氮化钛应用于光学超材料吸波器为目的，研究了氮化钛薄膜的制备工艺，借助COMSOLMultiphysics软件模拟了基于氮化钛的吸波器的吸波特性，将传统惰性金属和氮化钛在光波段的光学特性进行了对比，

5、证实了氮化钛替代传统惰性金属的可行性，并设计了几种不同结构的基于氮化钛的光学吸波器。通过调整结构参数，研究了基于氮化钛的几种不同结构吸波器所表现出的光学吸收特性。通过仿真超材料吸波器中的电场分布图，分析了基于氮化钛的光学吸波器的吸波机理，其光学吸收特性源于其结构中的表面等离子共振，从而大大减弱了反射光的强度。相比于传统惰性金属，氮化钛在光波段具有类似于金、银的光学特性，甚至在某些方面表现更优；通过调整基于氮化钛的超材料的结构参数，可以调控该超材料在光波段的吸收效率。关键词：氮化钛；超材料；吸波器；光波段研究类型：理论研

6、究型AbstractTraditionalnoblemetals(Au,Ag)arewidelyusedinplasmaandopticalmetamaterialdevicesbecauseoftheirlowresistanceandhighconductivity.However,whenAuandAgworkintheopticalband,theinterbandandintrabandlossesbroughtbytheAuandAgareenormous,whichundoubtedlyincreases

7、thedifficultyofapplyingthemetamaterialdevicetotheactualapplication.Inaddition,asastablenoblemetal,theprocessingofAuandAgisalsoaproblemtobefacedinthepracticaluseofthemetamaterialdevice,Butasanewplasmonicmaterial,titaniumnitridedoesn’tproducehighlossesasAuorAg.Pap

8、ershaveshownthattitaniumnitridecanexhibitmetalloidityintheopticalband.Fromtheaspectsofprocessingcost,opticalpropertiesandotheraspects,titaniumnitridecanbeusedasasubst