摘要：传统的超材料吸波器设计方法严重依赖于设计人员的知识、经验和直觉,无法实现超材料的快速设计。近年来,基于人工智能技术的超材料逆设计方法发展迅速,但该方法难以应对不同尺寸的设计,容易陷入局部最优状态,并且尚无针对超材料吸波器的专用设计方法。针对以上问题,提出一种基于改进粒子群算法的超材料吸波器快速设计方法,采用自动寻峰技术计算超材料吸波器的吸收特性,实现对超材料金属谐振层的寻优与逆设计。结果表明,使用基于粒子群算法的超材料快速设计方法可设计出类似人工设计的结果,在0.3122THz处实现了对入射电磁波的近乎完美吸收。通过以待测分析物代替原有中间介质层等方法可有效增强待测分析物与谐振磁场的耦合,提升了超材料吸波器的传感特性。与传统的超材料设计方法相比,基于粒子群算法的超材料吸波器逆设计方法降低了对设计人员的电磁学理论及仿真经验的要求,设计出的微腔结构超材料吸波器比使用连续介质层的超材料吸波器具有更好的传感性能。基于粒子群算法的超材料吸波器逆设计方法为超材料吸波体传感器的设计提供了新的思路,具有广阔的应用前景。

摘要：太赫兹超材料吸收器作为一种重要的太赫兹功能器件,被广泛应用于生物医学传感、电磁隐身、军用雷达等多个领域。但这种传统的超材料吸收器结构具有可调谐性差、功能单一、性能指标不足等缺点,已经无法满足复杂多变的电磁环境的要求,因此可调谐超材料吸收器逐渐成为了太赫兹功能器件领域的研究热点。为实现超材料吸收器吸收特性的调谐,通常从调节谐振单元或基底材料的电磁特性或调节超材料结构单元的几何尺寸两个方面出发。设计了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器。该吸收器由工字型二氧化钒谐振层、连续石墨烯层和被Topas介质隔开的金属反射层组成。数值模拟结果表明,当二氧化钒材料处于全金属状态(电导率为200 000 S·m^(-1))且石墨烯的费米能级设为0.1 eV时,吸收率超过90%的吸收带宽达到了2.8 THz。通过调节石墨烯的费米能级,使其在0.1~0.3 eV之间变化时,该吸收器的工作频率发生了明显的蓝移。由于二氧化钒材料从绝缘状态到金属状态的相变特性,通过控制电导率使其在100~200 000 S·m^(-1)之间变化时,所提出的宽频结构在反射器和吸收器两种工作状态之间自由切换。此外,还分别监测了该超材料吸收器在1.87,3.04和4.16 THz三个完美吸收峰处的表面电流分布,讨论了其工作机理。所设计的结构通过石墨烯和二氧化钒两个独立可调“开关”实现了对吸收器工作频率和吸收振幅的双重控制,为设计多功能太赫兹器件提供了新的发展思路。

摘要：本文提出了一种双频带太赫兹超材料吸波器,该超材料吸波器在0.387和0.694 THz两个谐振点的吸收率可达到99%以上,实现了对入射太赫兹波的"完美吸收".该双频带太赫兹超材料吸波体传感器在两个谐振频率处的Q值分别为28.1和29.3,折射率灵敏度S(f)分别为39.5和85 GHz/RIU,均具有较优的传感特性.研究结果表明,对于该太赫兹超材料吸波器来说,除了可以选用折射率较小的中间介质层材料提高传感特性外,还可以根据待测物折射率的不同选取相应的待测物厚度来提高传感特性.本文设计的双频带超材料吸波体传感器可实现谐振频率与待测物质特征频率间的多点匹配,增加反映被测物质差异的信息量,从而提升物质探测的准确性和灵敏度.通过对三种食用油样本的分析,验证了本文所设计的双频带太赫兹超材料吸波体传感器的实际应用价值.本次研究丰富了双频带超材料吸波体传感器的种类,在传感检测领域具有广阔的发展空间.