摘要
目前，太赫兹技术的应用正处于持续发展和研究的进程中，其广阔的科学前景已在世界上得到认可。与传统电磁材料相比，电磁超材料（Metamaterials，MM）具有超薄厚度、频率选择性以及易于设计加工、频率可调性等优势。电磁吸收器是超材料的一个重要功能器件，在超材料领域已经引起研究者极大的兴趣。自从N.ILandy等研究人员提出电磁超材料完美吸收理论以来，各国的研究者开始逐渐探索研究设计宽带的、对于极化角与入射角不敏感且结构简单易于加工制备的超材料吸收器。然而，上述绝大多数的吸收器存在一个功能上的限制，即:大多数吸收器的电磁波吸收率强度是不可以调节的，一旦设备制作完成，其功能就已经固定了。因此为了面对日益相对复杂的电磁应用环境，我们需要设计一种强度可调节的超材料吸收器。 本文详细揭示了太赫兹频段电磁超材料吸收器的设计原理，通过设计优化超材料结构参数以达到阻抗匹配，设计出了宽带的完美吸收器。在此基础上，还进一步引入了一种相变材料“二氧化钒”，在温度发生变化时，能迅速的完成从电介质到金属态的转变。利用二氧化钒的相变性质可以通过调节温度变化来调节二氧化钒电导率，从而引起电磁吸收器的吸收强度的变化，实现宽带的电磁吸收强度可调。 因此，在此基础上，我们在太赫兹波段提出了一种基于二氧化钒的电磁超材料吸收器。通过控制二氧化钒的电导率，我们在太赫兹的某段带宽上实现了电磁波的共振吸收。此超材料吸收器的设计原理基于完美吸收结构，每个周期性单元结构都包含一个金属十字和一层二氧化钒。金属十字和二氧化钒层之间间隔了一层二氧化硅介质层。数值计算结果表明，当二氧化钒的电导率控制在2000Ω-1cm-1时，我们设计出能达到近100％吸收率的宽带太赫兹电磁超材料吸收器。除此以外，该吸收器还具有60％的整体吸收率大于90％的相对带宽。无论对于TE波还是TM波，该结构都具有此优异性能。通过调节二氧化钒的电导率从10Ω-1cm-1到2000Ω-1cm-1，电磁超材料吸收器的的吸收峰值频率能从30％调制上升至100％完美吸收。通过仿真得到的吸收光谱可以看到，该吸收器性能与电磁波的入射方向和极化方向无关。在太赫兹波段内，该结构在设计传感器、光电探测器等可调光电器件设计上有着非常广阔的应用前景。
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