表面等离激元电磁波吸收体研究进展

表面等离激元电磁波吸收体具有新颖的吸波机制、超高的吸收率、超薄的厚度、超小的单元结构、角度不敏感等特点, 使其在太阳电池、紫外防护、光电探测等领域受到广泛关注。文章围绕表面等离激元电磁波吸收体展开综述, 首先根据其吸波特性的不同, 将其分为窄带、多频带及宽带吸收进行概述, 接着详细介绍了窄带、多频带、宽带表面等离激元电磁波吸收体近年的研究进展, 最后对表面等离激元电磁波吸收体的发展前景进行了展望。     

基于人工表面等离激元的天线研究进展

人工表面等离激元是在人工电磁媒质与传统材料界面激发的一种亚波长表面电磁模式, 具有波长短、场局域增强、色散可调等新奇的电磁特性, 在小型化微波器件、隐身材料与隐身结构、天线/天线罩等领域具有重要应用前景.文章综述了人工表面等离激元在天线中的应用研究进展, 包括基于混合模式耦合、相位梯度超表面解耦、周期结构解耦等原理的端射天线、多波束天线、频扫天线, 为新型天线的研发与应用提供技术支撑.     

单层原子的厚度对等离激元色散关系的修正北大核心CSCD

基于自由电子气体模型,利用线性响应理论结合格林函数方法求解了单层原子体系的等离激元频率,得出了可适用于高电子密度短波情形的等离激元色散关系的解析解。研究结果表明:原子层的厚度会降低等离激元的频率,原子层越厚,等离激元频率越小,这种变小在波矢越大时表现得越明显。当单层原子的厚度趋于零时,其等离激元的色散关系趋近于纯二维等离激元的色散关系。此外,在单层原子体系等离激元频率的一阶近似中,发现长波近似下等离激元频率的相对修正与波矢以及原子层的厚度都呈线性关系。     

中红外-甚长波多模式谐振三波段超材料吸波体（特邀）

超材料吸波体可以将入射电磁波集中在亚波长尺度内并进行高效吸收,因此在光电探测、热发射器、能量收集等领域具有广泛的应用前景。迄今报道的多波段超材料吸波体主要为某一波长范围内多个相近波长的完美吸收,想要实现大光谱范围内的多波长吸收则需要多个结构的联合工作。基于钛十字形谐振器-氮化硅介质层-钛反射层三层结构,设计并数值模拟了一种工作波长范围跨越中波红外、长波红外以及甚长波红外的三波段超材料吸波体。利用超材料吸波体激发的传播型表面等离激元谐振、局域型表面等离激元谐振以及氮化硅本征吸收模式,实现了4.8 μm、9.1 μm和18 μm三个波长处97.3%、94.4%和93.6%的高吸收率。超材料吸波体的工作波长可以通过改变其几何参数进行调节,且具有偏振和入射角不敏感性。该工作中所用材料均为现有工艺中的常用材料,在气体检测、红外成像等领域具有应用前景。     

基于人工表面等离激元周期调制的漏波天线设计

基于超薄波纹金属条带结构,利用人工表面等离激元的周期调制原理,设计出辐射波束角度及数量均可设计的漏波天线.首先,分析了不同周期下人工表面等离激元单元结构的色散特性;其次,介绍了周期调制的原理,即通过将调制周期从亚波长尺寸不断增大到波长尺寸,人工表面等离激元将经历从高效传输到截止,然后到定向漏波乃至多波束辐射的过程;再次...     

基于超材料的宽带二维随机表面RCS缩减技术

介绍利用反射阵天线理论实现对电磁波的非定向散射,设计基于超材料的超薄宽带二维随机表面,并通过电磁仿真,验证其在电磁波正入射以及小角度入射时有效的隐身效果.该随机表面具有厚度薄、质量轻、易加工、对极化不敏感和隐身频带宽等特点,在电磁隐身领域有着广阔的应用前景.     

太赫兹表面等离激元的研发与应用

表面等离激元的研究推动了超分辨成像、高灵敏传感、片上集成系统等应用的发展。将其应用在太赫兹这一高穿透性、高带宽波段时必然会带来更多迷人的功能。由于太赫兹波段频率较低,表面等离激元具有许多不同于可见光的现象。通过控制金属表面微纳结构或半导体材料与太赫兹波之间的相互作用,人们实现了对太赫兹波表面波的控制。本文综述了太赫兹波段表面等离激元的基本原理和研究历程,介绍了近年来在此波段开展的热门研究成果,如波前整型、片上波导、可调谐器件等,最后总结了这一领域的发展瓶颈并展望了未来主要发展方向,希望能够进一步推动太赫兹波段表面等离激元应用的发展。     

基于人工表面等离激元的隐身材料与结构研究进展

面对未来战争陆、海、空、天、网、电“多域融合”的作战模式,新一代武器装备将强调拥有更高的隐身能力以增强其突防能力和生存能力,对隐身材料与结构提出了迫切的应用需求,亟需探索隐身新机理、开发高性能隐身材料与结构。人工表面等离激元(spoof surface plasmon polaritons,SSPP)是电子振荡与电磁振荡强烈耦合产生的一种混合模式,具有波长短、色散强等特点,在隐身、电子对抗等领域具有极为重要的军事应用价值。近年来,SSPP理论与耦合结构设计方法等快速发展,推动了SSPP在隐身技术中的应用研究。着眼于SSPP最新研究进展,结合SSPP色散特性,着重介绍了SSPP在波形畸变、吸波结构、隐身天线罩和隐身天线中的应用,最后对SSPP在隐身技术中的应用及发展趋势进行了展望。     

太赫兹表面等离激元及其应用

金属或半导体与介质分界面上的电子与光子互作用形成的光学表面等离激元(SPP)以及人工超构材料或二维原子晶体材料表面上的电子与太赫兹波或微波互作用形成的人工表面等离激元(SSP)是小型化与集成化太赫兹有源/无源器件和太赫兹超分辨率成像的重要物理基础。随着太赫兹科学技术的发展,太赫兹表面等离激元研究在国际上受到很大关注。本文介绍了传统的光学表面等离激元及其发展,详细阐述了太赫兹波段的人工表面等离激元(SSP)和石墨烯表面等离激元(GSP)的基本原理和发展历程,对表面等离激元在太赫兹波段的新型辐射源、无源器件、超分辨率成像及其他领域的应用进行了较为全面的总结和评述,并对该领域未来进一步发展的方向进行了展望。     

分形吸波体设计及其在微带天线中的应用

基于Hilbert分形结构,设计了一种小型化、超薄、高吸波率以及无表面损耗层的超材料吸波体,该吸波体单元尺寸仅为0.071λ,厚度约0.02λ,吸波率达99.3％.将该吸波体与普通微带天线共形设计,制备了一种新型超材料天线.与初始天线相比,新天线的单站和双站带内雷达散射截面都有明显减缩,最大减缩达到7.2 dB,且天线辐射性能保持不变,证实了该吸波体具有良好的吸波效果.仿真和实测结果吻合得很好,表明该吸波体可以应用于微带天线的带内隐身.     

基于超表面的超薄隐身器件

隐身是人类自古以来的美妙幻想和愿望。近年来，随着人工微结构超构材料领域的不断发展，隐身具备了坚实的科学理论基础和实现条件。早期的隐身设计大多数是基于变换光学原理，科学家们利用超构材料实现了渐变的折射率并在多个频段实现了隐身现象。然而，变换光学隐身器件通常具有较大的尺寸且不易制备，这极大地限制了隐身器件的应用和发展。近年来，超表面作为超构材料的二维对应物，由于其轻薄特性、制备容易、以及强大的电磁波调控能力吸引了人们广泛的关注和研究兴趣。利用超表面实现的超薄隐身器件有望解除传统隐身器件对大尺寸和极端参数材料的依赖，进一步推动了隐身领域的发展，并使隐身器件迈向实际应用。文中对近年来基于超表面的超薄隐身器件的相关研究进行了简要的回顾，着重介绍了其隐身原理，实现方法以及优劣势，最后对领域发展前景和方向提出了一些建议。     

近红外波长下COMSOL软件实现新型耦合器的设计

一直以来条状表面等离子波导被认为是实现高集成光路的有效器件,首先采用经典的Drude模型对条状波导中SPP激发与传播特性完成了分析。针对可见光到近红外入射波长的条件完成了条状SPP波导的模场分布的研究,得出,当金属的厚度不变宽度越大,电磁场分布就越集中在条状波导的两侧;当金属条状的宽度不变,厚度越大时电磁场分布会越集中在金属内;入射波长越长会使得金属条状周围电场的集中越小,且还会导致信道间的干扰。利用得到的条状波导特性进而设计了一种新型的耦合器,器件设计结果表明:条状SPP波导在有限传输距离上能量完全转移只发生一次;波长较长时,场的集中度减小,耦合增强;条状SPP波导耦合器可以实现1310 nm和1550 nm的光波分复用。这一研究对光子器件的发展有一定的理论和实际意义。     

基于3D打印技术的任意曲面共形超表面隐身衣

超表面因其具有强大的电磁操控能力以及损耗小、剖面低和易加工等优势,在电磁工程领域受到了研究人员的广泛关注.然而,由于受加工技术的限制,目前所报道的超表面地毯隐身衣大多由二维平面结构拼接而成,研制能与任意目标曲面共形的地毯隐身衣仍然是一个挑战.为此,本文基于超表面和3D打印技术设计并验证了一款具有任意曲面的共形超表面隐身...     

One-Directional Perfect Cloak Created With Homogeneous Material

A one-directional invisibility cloak is presented in this letter. Perfect invisibility can be achieved for TM waves along certain directions. The parameters are just homogeneously anisotropic and relatively easy for practical realizations. Nonmagnetic cloak is also studied to further reducing the complexity of the cloak parameters. Thin layered systems with alternating isotropic materials are then designed to model the parameters of such kind of cloaks.      

MDM光波导激发高阶SPP模的传输特性

研究了金属-介质-金属(MDM)型表面等离子体激元(SPP)光波导的电磁特性。理论计算结果表明,对于633nm的TM偏振入射光,当介质膜层厚度小于85nm时,波导中只能激发产生一阶SPP模(基模),其余高阶模全部截止。随着介质膜厚度增加,高阶SPP模逐渐被激发产生。当介质膜层厚度较小时,SPP模的有效折射率的实部随阶数的增加而减小,而虚部则随阶数的增加而增加,SPP基模具有最大传输距离。然而,当MDM波导中的介质层厚度超过0.555μm时,由于三阶SPP模的电磁场主要集中在离金属层相对较远的介质层中,其有效折射率的虚部具有最小值,具有最大的传输距离,而非基模。当入射光波长为633nm介质层厚度为0.9μm时,Ag/SiO2/Ag光波导中三阶SPP模的传输距离达到约150μm。     

Transmission-Line Networks Cloaking Objects From Electromagnetic Fields

We consider a novel method of cloaking objects from the surrounding electromagnetic fields in the microwave region. The method is based on transmission-line networks that simulate the wave propagation in the medium surrounding the cloaked object. The electromagnetic fields from the surrounding medium are coupled into the transmission-line network that guides the waves through the cloak thus leaving the cloaked object undetected. The cloaked object can be an array or interconnected mesh of small inclusions that fit inside the transmission-line network.     

A Radially-Dependent Dispersive Finite-Difference Time-Domain Method for the Evaluation of Electromagnetic Cloaks

A radially-dependent dispersive finite-difference time-domain (FDTD) method is proposed to simulate electromagnetic cloaking devices. The Drude dispersion model is applied to model the electromagnetic characteristics of the cloaking medium. Both lossless and lossy cloaking materials are examined and their operating bandwidth investigated. It is demonstrated that the perfect “invisibility” of electromagnetic cloaks is only available for lossless metamaterials and within an extremely narrow frequency band.      

Nondestructive Measurement of a Dielectric Layer Using Surface Electromagnetic Waves

In this investigation, the possibility of nondestructively measuring the thickness and dielectric constant of a layer of dielectric material on a conducting substrate by surface electromagnetic waves (SEW) has been demonstrated. The theoretical approximate dispersion relations near cutoff were derived for both the TE and TM modes and found to be linear functions of frequency, the thickness and dielectric constant were then calculated as simple algebraic functions of the slope and intercept of the dispersion curve. An experimental apparatus utilizing a prism-coupler was constructed to excite surface electromagnetic waves in a dielectric layer whose characteristics were known. By suitable measurements of the frequency and the coupling angle of the source, the dispersion curve was determined experimentally and the resulting dielectric constant and thickness of the layer calculated.     

二维任意形状隐身罩条件的仿真验证

基于线性坐标变换,推导了二维任意形状隐身罩的隐身条件,并得到了任意多边形隐身罩材料本构参量及通解表达式,并运用电磁仿真软件——COMSOL 对几个典型的多边形进行仿真验证和损耗分析,从而验证了所得本构参数的正确性,这些分析结果打破了隐身罩设计中外形的限制,为隐身罩的实际设计提供了理论依据。     

垂直入射均匀平面波的多层平板屏蔽效能分析

本文基于电磁场方法,详细导出多层平板屏蔽体对垂直入射均匀平面波的屏蔽效能计算公式。此外,提出计算屏蔽效能时,集肤深度和屏蔽体厚度的约束关系,给出用作计算机机箱的几种常用材料的屏蔽效能计算实例。