基于超材料的微波双波段吸收器

沈晓鹏; 崔铁军; 叶建祥

doi:10.7498/aps.61.058101

摘要

基于闭合双环单元结构, 设计、仿真、测试了对偏振无依赖性的双波段超材料吸收器. 实验结果表明, 该设计在频率4.06 GHz和6.66 GHz存在两个显著吸收峰, 吸收率分别为99.60%和95.83%, 并且在入射角达到50°时, 吸收率仍然保持在83%以上. 由于单元结构具有旋转对称性, 使得该吸收器对偏振不敏感, 能同时实现横电波和横磁波的双波段吸收. 吸收频率决定于闭合环大小, 调节闭合环尺寸能够灵活实现特定频率的吸收. 这些优点使我们的设计在多频谱成像、热辐射探测等应用中表现出较大的潜力.

关键词:

超材料 /
吸收器

Abstract

We report on the design, the fabrication and the measurement of a microwave dual band absorber in microwave regime. The single unit cell consists of two closed ring resonators and a metallic ground plane separated by an FR4 layer. Experimental results show that the absorber has two distinctive absorption peaks at frequencies 4.06 GHz and 6.66 GHz with absorptions 99.60% and 95.83%, respectively, and the absorptivity drops in a wide range of incident angle. Fourfold rotational symmetry of the geometry makes the absorber insensitive to transverse electric and transverse magnetic polarization. The dual band absorber is a promising candidate as absorbing elements in multi-frequency imaging and thermal detection, due to its multi-band absorption performance, polarization-insensitivity, and wide angle of incidence.

Keywords:

metamaterial /
absorber

作者及机构信息

1.
东南大学毫米波国家重点实验室, 南京 210096;

2.
中国矿业大学物理系, 徐州 221116

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60990320, 60990324, 60871016, 60901011)、中国矿业大学科技基金(批准号: 2007A031)和江苏省研究生创新基金(批准号: CX09B_045Z)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 210096, China;

2.
Department of Physics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grants Nos. 60990320, 60990324, 60871016, 60901011), the Science Foundation of China University of Mining and Technology (Grant No. 2007A031), and the Graduate Innovation Program of Jiangsu Province, China (Grant No. CX09B 045Z).

参考文献

[1]	Diem M, Koschny T, Soukoulis C M 2009 Phys. Rev. B 79 33101
[2]	Liu N, Mesch M, Weiss T, Hentschel M, Giessen H 2010 NanoLett. 10 2342
[3]	Liu X L, Starr T, Starr A F, Padilla W J 2010 Phys. Rev. Lett. 104207403
[4]	Noor A, Hu Z 2010 Iet. Microw. Antenna P 4 667
[5]	Gu C, Qu S B,Pei Z B, Xu Z, Liu J, Gu W 2011 Acta Phys. Sin.60 027801 (in Chinese) [顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓,刘嘉, 顾巍 2011 60 027801]
[6]	Cheng Y Z, Xiao T, Yang H L, Xiao B X 2010 Acta Phys. Sin. (inChinese) 59 5715 [程用志, 肖婷, 杨河林, 肖柏勋2010 59 5715]
[7]	Fan J, Cai G Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 6084 (in Chinese) [樊京, 蔡广宇 2011 59 6084]
[8]	Zhang Y P, Zhao X P, Bao S, Luo C R 2010 Acta Phys. Sin. 596078 (in Chinese) [张燕萍, 赵晓鹏, 保石, 罗春荣 2010 59 6084]
[9]	Zhu B, Feng Y J, Zhao J M, Huang C, Jiang T A 2010 Appl. Phys.Lett. 97 51906
[10]	Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J, Smith D R, Padilla W J 2008Phys. Rev. Lett. 100 207402
[11]	Hao J M,Wang J, Liu X L, PadillaWJ, Zhou L, QiuM2010 Appl.Phys. Lett. 96 251104
[12]	Tao H, Bingham C M, Pilon D, Fan K B, Strikwerda A C, ShrekenhamerD, PadillaWJ, Zhang X, Averitt R D 2010 J. Phys. D: Appl.Phys. 43 225102
[13]	Wen Q Y, Zhang H W, Xie Y S, Yang Q H, Liu Y L 2009 Appl.Phys. Lett. 95 241111
[14]	Padilla W J, Taylor A J, Highstrete C, Lee M, Averitt R D 2006Phys. Rev. Lett. 96 107401

施引文献

[1]	Diem M, Koschny T, Soukoulis C M 2009 Phys. Rev. B 79 33101
[2]	Liu N, Mesch M, Weiss T, Hentschel M, Giessen H 2010 NanoLett. 10 2342
[3]	Liu X L, Starr T, Starr A F, Padilla W J 2010 Phys. Rev. Lett. 104207403
[4]	Noor A, Hu Z 2010 Iet. Microw. Antenna P 4 667
[5]	Gu C, Qu S B,Pei Z B, Xu Z, Liu J, Gu W 2011 Acta Phys. Sin.60 027801 (in Chinese) [顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓,刘嘉, 顾巍 2011 60 027801]
[6]	Cheng Y Z, Xiao T, Yang H L, Xiao B X 2010 Acta Phys. Sin. (inChinese) 59 5715 [程用志, 肖婷, 杨河林, 肖柏勋2010 59 5715]
[7]	Fan J, Cai G Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 6084 (in Chinese) [樊京, 蔡广宇 2011 59 6084]
[8]	Zhang Y P, Zhao X P, Bao S, Luo C R 2010 Acta Phys. Sin. 596078 (in Chinese) [张燕萍, 赵晓鹏, 保石, 罗春荣 2010 59 6084]
[9]	Zhu B, Feng Y J, Zhao J M, Huang C, Jiang T A 2010 Appl. Phys.Lett. 97 51906
[10]	Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J, Smith D R, Padilla W J 2008Phys. Rev. Lett. 100 207402
[11]	Hao J M,Wang J, Liu X L, PadillaWJ, Zhou L, QiuM2010 Appl.Phys. Lett. 96 251104
[12]	Tao H, Bingham C M, Pilon D, Fan K B, Strikwerda A C, ShrekenhamerD, PadillaWJ, Zhang X, Averitt R D 2010 J. Phys. D: Appl.Phys. 43 225102
[13]	Wen Q Y, Zhang H W, Xie Y S, Yang Q H, Liu Y L 2009 Appl.Phys. Lett. 95 241111
[14]	Padilla W J, Taylor A J, Highstrete C, Lee M, Averitt R D 2006Phys. Rev. Lett. 96 107401

[1]	王哲飞, 吴杰, 万发雨, 曾庆生, 侯建强, 傅佳辉, 吴群, 宋明歆, TayebA. Denidni. 基于类电磁诱导透明效应的极化转换滤波器. , 2024, 73(18): 188101. doi: 10.7498/aps.73.20240632
[2]	金嘉升, 马成举, 张垚, 张跃斌, 鲍士仟, 李咪, 李东明, 刘洺, 刘芊震, 张贻歆. 基于相变材料的慢光和吸收可切换多功能太赫兹超材料. , 2023, 72(8): 084202. doi: 10.7498/aps.72.20222336
[3]	陈闻博, 陈鹤鸣. 基于超材料复合结构的太赫兹液晶移相器. , 2022, 71(17): 178701. doi: 10.7498/aps.71.20212400
[4]	葛宏义, 李丽, 蒋玉英, 李广明, 王飞, 吕明, 张元, 李智. 基于双开口金属环的太赫兹超材料吸波体传感器. , 2022, 71(10): 108701. doi: 10.7498/aps.71.20212303
[5]	江孝伟, 武华. 吸收波长和吸收效率可控的超材料吸收器. , 2021, 70(2): 027804. doi: 10.7498/aps.70.20201173
[6]	崔铁军, 吴浩天, 刘硕. 信息超材料研究进展. , 2020, 69(15): 158101. doi: 10.7498/aps.69.20200246
[7]	陈俊, 杨茂生, 李亚迪, 程登科, 郭耿亮, 蒋林, 张海婷, 宋效先, 叶云霞, 任云鹏, 任旭东, 张雅婷, 姚建铨. 基于超材料的可调谐的太赫兹波宽频吸收器. , 2019, 68(24): 247802. doi: 10.7498/aps.68.20191216
[8]	翟世龙, 王元博, 赵晓鹏. 基于声学超材料的低频可调吸收器. , 2019, 68(3): 034301. doi: 10.7498/aps.68.20181908
[9]	金柯, 刘永强, 韩俊, 杨崇民, 王颖辉, 王慧娜. 基于超材料的中波红外宽带偏振转换研究. , 2017, 66(13): 134201. doi: 10.7498/aps.66.134201
[10]	汪肇坤, 杨振宇, 陶欢, 赵茗. 复合结构螺旋超材料对光波前的高效调控. , 2016, 65(21): 217802. doi: 10.7498/aps.65.217802
[11]	徐新河, 刘鹰, 甘月红, 刘文苗. 磁电耦合超材料本构矩阵获取方法的研究. , 2015, 64(4): 044101. doi: 10.7498/aps.64.044101
[12]	马岩冰, 张怀武, 李元勋. 基于科赫分形的新型超材料双频吸收器. , 2014, 63(11): 118102. doi: 10.7498/aps.63.118102
[13]	韩松, 杨河林. 双向多频超材料吸波器的设计与实验研究. , 2013, 62(17): 174102. doi: 10.7498/aps.62.174102
[14]	刘亚红, 方石磊, 顾帅, 赵晓鹏. 多频与宽频超材料吸收器. , 2013, 62(13): 134102. doi: 10.7498/aps.62.134102
[15]	苏斌, 龚伯仪, 赵晓鹏. 树叶状红外频段完美吸收器的仿真设计. , 2012, 61(14): 144203. doi: 10.7498/aps.61.144203
[16]	孙良奎, 程海峰, 周永江, 王军, 庞永强. 一种基于超材料的吸波材料的设计与制备. , 2011, 60(10): 108901. doi: 10.7498/aps.60.108901
[17]	相建凯, 马忠洪, 赵延, 赵晓鹏. 可见光波段超材料的平面聚焦效应. , 2010, 59(6): 4023-4029. doi: 10.7498/aps.59.4023
[18]	闻孺铭, 李凌云, 韩克武, 孙晓玮. 微波超材料隐形结构及其新型快速实验方案. , 2010, 59(7): 4607-4611. doi: 10.7498/aps.59.4607
[19]	付非亚, 陈微, 周文君, 刘安金, 邢名欣, 王宇飞, 郑婉华. 纳米三明治结构光子超材料中电磁场振荡行为研究. , 2010, 59(12): 8579-8583. doi: 10.7498/aps.59.8579
[20]	樊京, 蔡广宇. 一种基于金属开口谐振环和杆阵列的左手材料宽带吸收器. , 2010, 59(9): 6084-6088. doi: 10.7498/aps.59.6084

计量

文章访问数: 10241
PDF下载量: 1520
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板