基于电磁超材料吸波体结构的设计与仿真研究

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1、＾Ｉ巧為旅挪ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＩ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＩ论文题－真阱究目基于电磁超材料吸波体结构的设计与仍＾Ｔ学科专业光学工程学号２０１２２１０５０４０６作者姓名侯剑章指导教师顾德恩副教授独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加ｙｕ示注和致谢的地

2、方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：痛金停日期冷脚６月么日＿论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ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、，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名；导师签名：＿该金憐声释私曰期：Ｏ年月＾曰三ＩＢ＾分类号密级注1UDC学位论文基于电磁超材料吸波体结构的设计与仿真研究（题名和副题名）侯剑章（作者姓名）指导教师顾德恩副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学工程提交论文日期2015.04.14论文答辩日期2015.05.29学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月答辩委员会主席李伟教授评

4、阅人何少伟副研究员王军副教授注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DESIGNANDSIMULATIONOFELECTROMAGNETICMETAMATERIALABSORBERSTRUCTUREAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:JianzhangHouAdvisor:DeenGuSchool:SchoolofOptoe

5、lectronicInformation摘要超材料一般是指具有自然媒质所不具备的特异物理特性的一类人造复合结构的统称，通过适当的结构设计可以调节其等效介电常数和磁导率，从而可以实现对材料性能的调控,其相关研究已经成为一个涉及物理学、材料学、工程学和化学等学科的前沿交叉学科。作为超材料的一项十分突出的应用之一——超材料吸波体，由于其可以在特定波长处实现接近于1的“完美”吸收，成为了许多新颖应用的最佳选择。自从2008年首次实验验证其存在以来，许多新颖的超材料吸波体结构相继被提出，并逐步从微波波段延

6、伸到红外、甚至可见光波段。本论文首先对超材料和超材料吸波体的概念、进展及其应用进行了简要的介绍。随后详细介绍了超材料吸波体的设计、分析和表征所涉及的基础理论，然后提出了两种不同类型的吸波体：超材料吸波体和超窄带吸波体，并对其展开了分析和讨论。本论文所做的主要工作及成果如下：（1）设计出了一种三层超材料吸波体结构，该结构不仅可在5.8μm处取得99.9%的吸收率，而且还具有极化不敏感性、宽角度特性。更重要的是，所提出的超材料吸波体还具有极好的可调谐性，通过改变其结构尺寸，可以使谐振波长在3.4μm

7、和8.6μm之间任意移动，且吸收率始终保持在95%以上。此外，还对其吸收机理进行了详细的讨论和分析。吸波体的近乎于1的吸收来源于电共振和磁共振，能量损耗主要来源于上下两层金属层内的欧姆损耗。（2）基于上述所设计的超材料吸波体，将其与具有相变特性的二氧化钒材料相结合，可以实现对吸收率的调制。将吸波体的最上层材料用二氧化钒材料代替，在二氧化钒相变前后可以实现吸收率从2%左右到99.8%的调制，且在金属态下具有非常宽的吸收带宽。将底层材料用二氧化钒代替，也可以实现吸收率从16%左右到96.4%的调制。

8、（3）提出了一种超窄带“完美”吸波体，其不仅可取得近乎1的吸收，而且其半高宽度仅为3.12nm，同时还具有极化不敏感和宽角度特性。该吸波体对环境折射率非常敏感，通过数值模拟可知其灵敏度和品质因数分别为1423nm/RIU和*259/RIU，其FOM值最大高达2723，是一种性能非常优越的传感器件。关键词：超材料，吸波体，完美吸收，二氧化钒，超窄带IABSTRACTMetamaterialsgenerallyreferstoaclassofartificialcompositestructures