基于VO2相变特性等离子超材料宽带吸收器的研究

摘要

自从Landy初次提出并验证了工作在微波波段的超材料完美吸收器之后，人们为了获得微波波段、太赫兹波段、红外波段和可见光波段的近完美吸收做了很多努力。超材料完美吸收器单元由顶层的金属结构层、中间介质层以及底层的连续的金属层构成。两层金属间的介质材料在通过有效电容来控制完美吸收的共振条件具有非常重要的作用，二氧化钒(V02)薄膜在68℃附近会由单斜结构的半导体态相变为四方结构的金属态。相变过程中伴随着电导率的显著改变，变化高达3到4个数量级。由于在相变过程中电学、磁学和光学等特性会发生可逆突变，二氧化钒已经被应用在超材料吸收器的动态控制领域。
　　本文首先介绍了电磁波吸收器的分类、特性以及应用，接着介绍了超材料的概念和发展，并介绍了吸波材料的吸波机理。最后详细阐述了基于 VO2相变特性的超材料吸收器演变过程和现阶段的科研进展。
　　为了使Au三角阵列/VO2介质层/Pt反射层结构的超材料吸收器的吸收特性更好，我们首先制备了VO2/Pt薄膜结构，利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、激光拉曼光谱仪（RENISHAW inVia reflex）、双光束紫外-红外分光光度计（PerkinElmer Lambda950）等测试表征手段对VO2/Pt薄膜结构的表面形貌、晶体结构、光学特性进行了分析。通过控制温度，该结构获得了在可见光-近红外波段从905nm到730nm动态调节的完美吸收，调节范围达175nm，更重要的是，在温度上升变化过程中吸收率变得更大（从905nm的96.8％到730nm处的98.4%），并且该结构有着良好的吸波率，并且带有极化不敏感以及宽入射角度等特点。
　　基于 VO2/Pt薄膜结构的吸收特性，本文进一步研究了 Au三角阵列/VO2/Pt结构的吸收特性，在波长2298nm处的吸收率由原来的95%减小为33.8%，为了更好的理解我们设计的吸收器在 VO2相变前后的电场变化与吸收机制，我们还绘制了共振波长2298nm处的能量吸收分布图。能量吸收分布图表明吸收发生在VO2层的上表面以及VO2层反射层的交界处。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2电磁波吸收器

1.3超材料概述

1.4电磁波吸收理论

1.5基于VO2相变特性超材料吸收器的研究现状

第2章 二氧化钒薄膜的制备与分析方法

2.1二氧化钒的制备

2.2分析手段与测试方法

第3章 基于VO2相变特性的可见光-近红外频率可调薄膜吸收器

3.1引言

3.2基于VO2相变特性的薄膜吸收器的研究现状

3.3 VO2/Pt薄膜吸收器结构制备、形貌、成分表征

3.4吸收率影响因素探究

3.5光学测量以及分析

3.6 VO2/Pt动态吸收机理

3.7本章小结

第4章 基于VO2相变特性等离子超材料宽带吸收器的研究

4.1引言

4.2双频带超材料吸收器设计、性能以及结果分析

4.3吸收特性的影响因素分析

4.4本章小结

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢