缝隙八木纳米天线设计及宽波段吸收特性

针对传统光伏电池能量收集易受环境与光照时间限制的问题,本文设计了一种用于太阳能收集的缝隙八木纳米天线单元及阵列.采用时域有限差分法分析缝隙间距对纳米天线远场方向性和近场分布的影响,并研究缝隙八木纳米天线阵列的吸收特性及不同缝隙间距对阵列天线吸收率的影响.研究远场方向性发现,当缝隙间距增加到一定距离时,天线方向图出现多个副瓣并产生新的辐射模式;通过对近场分析表明,新辐射模式的产生来源于高阶模式的局域表面等离激元.天线阵列吸收率的仿真结果表明：在400～1 500nm波段,随着缝隙间距的增加,缝隙八木纳米天线阵列吸收率呈上升趋势,当缝隙间距等于80nm时,在400～660nm、760～1 300nm两个波段内吸收率较高,吸收峰值最大可以达到98%;以吸收率大于50%为基准,当缝隙间距等于80nm时,其吸收波段最宽.

宽频十字缝隙分形纳米天线及其异常透射特性

针对传统纳米天线结构存在频段窄、透射率低的问题,设计了十字缝隙分形纳米天线结构。采用时域有限差分法计算了十字缝隙分形纳米天线结构的异常透射特性,分析了均匀十字缝隙结构与其之间的透射特性差异,并讨论了物理参数对十字缝隙分形纳米天线异常透射特性的影响及分形尺寸与非分形尺寸下的纳米天线透射谱变化关系。结果表明,较于均匀十字缝隙结构,十字缝隙分形结构实现了光的异常透射及全2π透射光束相位调控,尺寸更小型化,半波宽(FWHM)更宽,透射率更高,最高可达99.51%;通过调整物理参数,透射谱呈现出红移或蓝移的特性,实现了透射谱的可控性;同时,当h=50 nm时,FWHM约为356 nm,透射率仍高达95.66%,普遍高于传统结构;并且在大入射角度(70°)下,峰值透射率仍旧大于74%。总之,较于其他纳米天线结构,十字缝隙分形纳米天线具有宽频、可控可调、结构更微型化等特点,且实现了光的异常透射。

多缝隙蝶形偶极子纳米天线的设计及吸收特性

针对单一结构纳米天线吸收率不高和波段较窄的缺点,结合多缝隙结构和蝶形偶极子,提出了一种多缝隙蝶形偶极子纳米天线。多缝隙蝶形偶极子是由Au纳米蝶形偶极子刻蚀多条缝隙构成的,该结构能同时实现尖端近场耦合、光栅耦合以及不同介质间的杂化耦合,这三种耦合的共同作用可以在宽波段内有效提高吸收率。采用时域有限差分方法分析了宽波段下该纳米天线的吸收性能,数值分析表明:在400～1800 nm波段,多缝隙蝶形偶极子纳米天线的吸收特性曲线出现多个吸收波峰,吸收峰值最高可达98.4%,平均吸收率为84.1%。该天线的吸收性能明显优于蝶形偶极子纳米天线,在不同偏振状态以及不同角度入射光下,该天线均能在宽波段内保持较好的吸收性能。