摘要
随着纳米光子学的发展，现如今基于有限时域差分法（Finite-DifferenceTime-DomainMethod，FDTD）的表面等离子体共振（SPR）宽带吸收器因其优异的电磁特性吸引了越来越多研究人员的科研兴趣。超宽带完美吸收器在太阳光的特定频段可以将光场强度高度集中，实现超宽带的完美吸收，由于其体积小、集成度高、成本低，已被广泛应用于光热转换、海水淡化等领域。通过大量的理论计算和实验研究，发现光吸收结构设计的带宽、振幅和共振波长与结构金属颗粒的材料、介质和形状大小有关。因此，本论文主要围绕有限时域差分法并构建完美宽带吸收器进行一系列的研究工作。 论文的主要研究内容如下： （1）设计了一种基于有限时域差分方法数值模拟的二硫化钼（2MoS）球体吸收器，该吸收器利用FDTD计算出了最优的结构参数与吸收性能，并根据电磁场分布分析了表面等离子体共振的原理，该吸收器在SPR和LSPR的耦合作用下，在光波长200nm~1500nm范围内平均吸收率为97%，相对带宽为153%。通过结构分析，发现二硫化钼与氟化镧（3LaF）复合材料会使吸收器具有更宽的吸收带宽以及更高的吸收率。在该结构的基础上，将二硫化钼球体换成二硫化钼与氟化镧复合材料的球体，通过研究发现，二硫化钼与氟化镧复合的吸收器的性能优于二硫化钼阵列纳米球结构吸收器，同样利用FDTD得出了最优吸收性能，光波长200nm~2500nm范围内平均吸收率为98%。 （2）设计了一种基于有限时域差分方法数值模拟的周期性复合结构宽带吸收器，同时，该吸收器通过FDTD计算，将其吸收器的吸收性能与结构参数之间的关系达到了最优效果。通过分析宽带吸收器的表面等离子体共振与局部表面等离子体共振（LSPR）的耦合效应，在耦合效应的基础上，实现了光波长在200nm~2500nm范围内达到95%的平均吸收率。研究结果表明，本论文提出的吸收器对光偏振不敏感、具有广角特性，易于实现回收利用。 （3）介绍了界面光热蒸发器的基本结构组成和详细的操作过程，对其性能的评价方法作出了一定的总结，详细讨论了界面光热蒸发器的吸收性能受光热吸收层的材料选择和光热材料的微观结构设计的影响，并具体讨论了光热蒸发器的制备过程，因此，该界面光热蒸发器在光热转换、海水淡化、海盐快速收集等领域具有巨大的应用价值。 仿真研究结果显示，本论文设计的三种超宽带完美吸收器模型具有宽波段、高吸收以及良好的热稳定性，并且对光偏振不敏感、具有广角特性。将该吸收器应用到界面光热蒸发器中，良好的结构设计能使太阳光谱在光热吸收层中实现有效的光吸收，因此，通过对界面光热蒸发器的结构设计进行调整，使其吸光面积增大，从而提高光吸收性能。
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