超材料中双带单向无反射性质的研究

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超材料是一种人工设计的复合材料,通过物理结构上的有序设计突破某些自然规律的限制,呈现出天然材料所不具备的超长物理性质,例如,负折射、隐形、完美吸收和单向无反射等。其中,单向无反射是当入射波从结构的两侧打入时,一端的反射率较高,另一端的反射率接近于零的现象,这在集成纳米光学器件中有潜在的应用,如光学滤波器,传感器和光学二极管等。本文基于数值模拟和解析计算方法在超材料中研究了双带单向无反射和单向吸收现象。主要研究内容如下:首先,我们提出了由两个不同半径的金属孔共振器叠加组成的超材料结构。基于两个金属孔共振器之间的远场耦合在两个异常点处实现了双带单向无反射和单向吸收。此外,通过改变入射波的角度和两个共振器之间的距离,研究发现在较宽的距离(255 nm~355 nm)和入射角(0。~50°)范围内都可以实现双带单向无反射和单向吸收。而且,在262 THz和276.24 THz处-z和+z方向上的吸收率分别接近0.90和0.86,并且品质因子都接近20。由于结构由圆形孔共振器组成,因此我们的方案对于入射波的偏振是不敏感的。此外,我们提出了由相同宽度和高度但不同长度的三个金属条组成的超材料结构。基于两个金属条共振器的耦合系统所产生的类电磁诱导透明效应与单个金属共振器之间的近场耦合在两个异常点处实现了双带单向无反射和单向吸收。通过改变单个共振器和两个共振器之间的距离,研究发现在较窄的距离(25 nm~58 nm)范围内都可以实现双带单向无反射和单向吸收。此外,在231.5 THz和251 THz处+z和-z方向上的吸收率分别接近0.94和0.87,并且质因子分别接近28.75和41.83。而且,在我们的方案中数值模拟与解析计算有良好的一致性。
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