基于准正则模式的全电介质超材料宽带反射器机理

摘要

全电介质超材料宽带反射器具备损耗低、反射效率高、结构紧凑等优点,深入理解其反射带的形成机理对超材料结构和性能的优化、以及进一步设计新型光子器件均具有重要意义.本文利用离散的硅纳米柱阵列和硅膜底层连接的硅纳米柱阵列分别构造了两个全电介质超材料宽带反射器,通过求解其准正则模式,结合散射矩阵理论拟合出了超材料的反射谱.发现零频准正则模式对拟合准确性有重要影响,并提出了用色散关系分析法准确求解零频准正则模式.进一步用高Q值和低Q值准正则模式分别拟合出共振反射谱和背景反射谱.结果表明,超材料反射器的宽带反射源于低Q值的准正则模式造成的背景反射.本文提出的研究方法可进一步拓展,用于分析Mie共振、准连续域束缚态等共振现象,为超材料光谱特性的解释提供新的思路.