具有多波段完美吸收超材料的研究及设计

       超材料是人为制造的由单个具有亚波长构型的金属介质混合结构单元构成的阵列。因为其特有的光学性质，近十年来对超材料的研究甚广。超材料独特的光学性质来源于光与每个金属介质混合结构的强烈相互作用。近年来，超材料由于其独特的光学性质和广泛的应用前景受到很多关注。具体来说，超材料的研究主要集中在隐形斗篷，完美透镜，电磁诱导透明和完美吸收超材料等方面。我室主要研究完美吸收超材料。

1.从可见光波段的异常透射到微波波段下的异常透射

       1998年，T. W. Ebbesen 等人发现可见光和红外波段下亚波长金属孔洞阵列的异常光学透射。由于麦克斯韦方程组具有scalability的性质，因此我们认为全电磁频谱的异常透射现象都是存在的，只是构型的尺度有所差别。模拟微波波段下的异常光学透射现象可以可以用纳米光学模拟使用的软件，也可用微波波段专业软件。

2.完美吸收超材料

       完美吸收超材料通过亚波长构型，分别与入射光的电分量和磁分量相互作用，把入射光的能量局域在结构内部。一般来说，完美吸收超材料都是M-I-M结构组合而成，即金属-介质-金属结构。这种结构的好处在于，由于透射被底层金属阻挡，仅仅通过调整超材料的等效折射率，就可以降低反射就可实现吸收。有一些课题组已制作了宽频谱的完美吸收超材料。

图5. 三维结构超材料示意图:(a)台型多层变折射率阵列，(b)C型空间阵列，可改变偏振，(c)金同轴螺旋阵列，

(d)纳米棒阵列，(e)多层M-I-M构型，(f)隐形斗篷原型设计， (g)同轴环缝阵列，(h)金纳米笼晶体

(i)大小银球嵌套的阵列晶体，(j)具有两种不同球孔洞阵列的反欧泊晶体构型。

图6.（上）多层M-I-M构型的金字塔改型阵列；（下）反金字塔凹槽阵列。都可获得宽波段超吸收。

图7.我组研究的在金属表面用酸腐蚀法形成一、二级光栅（左上、中），结合变折射率纳米星及导电涂料形成三级光栅（左下），

在全红外-太赫兹超宽波段产生等离激元完美吸收效应（右图，2-25微米区间的隐形效率为99.8%，分别对应二、三级光栅）

图8. 一种比较早期但现在还有不少研究者感兴趣的选波完美吸收构型。此类构型的共同缺点是波段很窄且工艺复杂。