基于等离子体共振1～10μm波段内可调节的双波段超吸收研究

亚波长人工超构材料可以实现特定波长的近完美吸收,在红外光电器件应用中能够克服传统红外材料吸收效率低、厚度较大、工作波长受限于带隙等缺陷.本文利用金属/介质/金属结构构造了一种可大面积制备的亚波长结构,可以实现1-10μm波段内的双波段红外超吸收.通过时域有限差分法模拟和实验分析,我们认为该吸收器高频的吸收峰,主要来源F-P共振干涉增强吸收;而低频红外波段的吸收峰,主要得益于电偶极共振和磁共振模式的激发.利用退火工艺调节上层金颗粒的大小,可以有效地调节两个吸收峰的位置.

深亚波长尺度的三维超薄声准直器件

文章提出了一个以空气为背景介质、具有强指向性的三维超薄人工结构。该结构包含一个中心螺旋结构,结构上下两侧刻有呈米字型排列的亥姆霍兹共振腔(Helmholtz Resonator, HR)凹槽阵列。中心螺旋结构降低了结构厚度,使整体结构厚度仅为入射波长的1/10,同时延长了声波的传播距离,实现了低频处的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)共振。两侧HR凹槽阵列将散射声波转换为束缚在结构表面的声表面波,通过声表面波和F-P共振产生的透射声波的耦合实现了声波的准直发射。仿真结果证明该准直低频声束在透射端自由声场的传播距离大于15个入射波长。该三维器件在深亚波长尺度实现了高指向性声辐射,有望广泛应用于噪声控制及电声设计等领域。

平面超薄准直器件的参数依赖性

该文设计了一具有高效强指向性的平面超薄人工结构,当平面声波垂直入射到该结构时,若中心狭缝处产生的Fabry-Perot(F-P)共振和两侧类亥姆霍兹凹槽的共振频率耦合时,会产生一具有高度指向性的准直声束。通过对结构两侧的凹槽阵列的作用、凹槽周期D和凹槽数量r的探讨,发现凹槽阵列可将散射声波转换成声表面波,大大提高了透射效率,同时结构的共振频率、声透射率和准直效果与D、r的变化关系不大,说明对该结构准直效应产生影响的是F-P共振频率和类亥姆霍兹共振器共振频率,与布拉格散射无关。这一发现有助于在降低结构尺寸的同时仍保持结构的有效性,为后续指向性器件的应用提供了理论依据。

双层金属亚波长结构近红外波段的吸收研究

提出一种应用价值较高的由带周期狭缝和周期凹槽的2块金属板构成的吸收器件.利用时域有限差分算法(FDTD)模拟了电磁波跟金属结构的相互作用.发现在所研究波段形成2个强吸收峰.变化狭缝宽度、2块金属板的间隔和凹槽深度,发现不同的变化规律.结合近场分布,认为吸收的物理机制是通过表面等离子体将电磁波耦合进入结构内部,一种是只在金属表面的表面等离子体共振,另一种是在狭缝里的F-P共振.2种共振通过金属电子的阻尼振动将光波的电磁能量吸收.