基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体设计-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．i7(2014)178103基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体设计术邹涛波)胡放荣)十肖靖2)张隆辉)刘芳)陈涛)牛军浩){熊显名)1)(桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，桂林541004)2)(空军勤务学院，徐州221000)(2014年4月3日收到；2014年4月27日收到修改稿)本文设计了一种基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体．吸波体包含两层金属和一层中间介质，表面金属层每一个周期单元由五种尺寸接近的金属块按照相邻不同的规律排列成5x5的方形阵列．各种尺寸金属块分

2、别产生单峰谐振吸收，五个谐振吸收峰相互靠近从而产生宽带吸收．通过研究吸波体表面电流和电场z分量分布情况可知，入射太赫兹能量的吸收主要是由Y方向上电场引起的电偶极子振荡和z方向上磁场引起的磁极化产生，而且金属层的欧姆损耗起主要作用．仿真结果表明，吸波体吸收率在80％以上的带宽约为1．2THz，最高吸收率可达98．7％，半峰全宽(FWHM)为1．6THz，该宽带吸波体的厚度约为中心波长的二十分之一，对偏振方向不敏感，且能实现大角度吸收，在太赫兹频段的电磁隐身、测辐射热探测器以及宽带通信等领域有潜在的应用价值．关键词：超材料，太赫兹吸波体，

3、偏振不敏感，宽带吸收PACS：81．05．xj，78．20．Bh，42．25．Bs，78．20．CiDOI：10．7498／aps．63．178103提出的利用多层金属与介质层交替叠加实现宽带吸收：一种是GrantI20】、Ye[21】和Wang1】等提出1引言的在厚度方向上多层金属嵌套实现宽带吸收；最后超材料是一种新型的人工电磁材料，其结构一一种是HuangI2引，Wang[241，Cheng[25】和W_en般由亚波长尺寸的阵列单元构成，具有天然材料所等提出的平面内不同尺寸金属单元排列来实现宽不具备的超常电磁性能，利用超材料已经实

4、现了带吸收．其中，前两种方法要求各层严格对准，对负折射率[】、电磁隐身【】、完美棱镜【3]和超吸收[】工艺要求高，制备过程复杂，加工成本高．第三种等．近五年来，基于超材料的太赫兹吸波体是太赫方法仅设计三层结构，在工艺上容易实现，而且成兹和超材料领域的一个研究热点．2008年，Tao等本低．设计并制作了第一个太赫兹频段的窄带吸波体[5】_利用第三种方法设计的宽带吸波体中，Huang此后，太赫兹双带吸波体[6-ii】、三带吸波体[i2,i31、等提出不同尺寸的工字形结构在水平方向上平铺，多带吸波体[14,15】、频率可调吸波体[16]和宽

5、带吸波所构成的宽带吸波体吸收率在80％以上的带宽不体【177】也相继被报道．足0．12THz．Wang等提出表面圆金属块对角线排目前，设计宽带吸波体的方法主要有三种，一列构成宽带吸波体，该吸波体能实现大入射角吸种是文岐业[irl、He【18]和VanTuongPham[19]等收，FWHM达1．49THz，但是吸波体对太赫兹波偏国家自然科学基金(批准号：61265005)、广西信息科学实验中心项目(批准号：20130i0i)、广西自动检测技术与仪器重点实验室项目(批准号：YQ14114)、广西研究生教育创新计划资助项目(批准号：YCS

6、Z2014141)和桂林电子科技大学创新团队项目资助的课题．t通讯作者．E-mail：hufangrong~sina．corn}通讯作者．E—mail：30189252Qqq．corn@2014中国物理学会ChinesePhysicalSociety舭tp：／／wulixb．咖hy．ac．cn物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．17(2014)178103振方向敏感。Cheng等提出多个方形金属块平铺结1分别表示吸波体的反射系数和传输系数，可由构，该结构对偏振方向不敏感，但吸波体的吸收率仿真计算得到．由于太赫兹在金属

7、中的趋肤深度在80％以上的带宽只有0．85THz，FWHM为1．2约为70Ylln，小于金属层厚度，故传输系数1=0，THz．Wen等提出两个嵌套在一起的开口谐振环置吸收率A=1一Il，要想获得大的吸收率，必于吸波体表面的结构，吸收率在80％以上的带宽须降低反射率．根据阻抗匹配理论，通过改变吸波为0．9THz，FWHM为1．46THz．体结构参数可调节其等效阻抗直至与自由空间阻在许多实际的应用中，不仅要求吸波体有大的抗f约为377Q)相匹配，此时反射率最小，吸收率吸收带宽，而且要求对偏振方向不敏感．基于此，最大．本文首先设计了能实现1

8、00％吸收的单峰吸波体，图1中D表示金属块的总长度，表示金属块分析了吸波体的谐振方式，建立起等效电路模型．中央正方形的边长，且有D：2w．本设计中采用然后，将五种尺寸接近的单峰吸波体按照相邻不同五种不同尺寸的金属块，经优