一种基于金属开口谐振环和杆阵列的左手材料宽带吸收器

樊京; 蔡广宇

doi:10.7498/aps.59.6084

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摘要

用数值仿真在微波X波段研究了金属开口谐振环和杆阵列这一最基本的谐振结构.通过合理的参数调节,这种结构在10.91 GHz附近可以表现出高达98%的吸收率,并且半高峰宽达到3.5 GHz.用散射参量提取法计算其有效电磁参数,发现在谐振频率附近其介电常数、磁导率和折射率的实部均为负值.相比于传统的左手材料,这种结构的电磁参数在谐振区域均具有较大的虚部,是形成高吸收率的根本原因.本文的左手材料吸收器在电磁加热、电磁隐身等领域具有许多潜在的应用.

关键词:

作者及机构信息

樊京¹,
蔡广宇²

(1)南阳理工学院电子与电气工程系,南阳 473004; (2)南阳理工学院机电工程系,南阳 473004

基金项目: 河南省杰出青年科学基金(批准号:0612002200),河南省科技攻关计划(批准号:0623021600)资助的课题.

参考文献

[1]	Veselago V G 1968 Sov. Hys. Usp. 10 509
[2]	Shelby R, Smith D R, Schulrz S 2001 Science 292 77
[3]	Chen H S, Ran L X, Huangfu J T, Zhang X M, Chen K S, Grzegorczyk T M, Kong J A 2004 Phys. Rev. E 70 057605
[4]	Dong Z G, Xu M X, Lei S Y, Liu H, Li Tao, Wang F M, Zhu S N 2008 Appl. Phys. Lett. 92 064101
[5]	Zhou J F, Zhang L, Tuttle G, Koschny T, Soukoulis C M 2006 Phys. Rev. B 73 041101(R)
[6]	Zhu W R, Zhao X P, Guo J Q 2008 Appl. Phys. Lett. 92 241116
[7]	Zhu W R, Zhao X P 2009 J. Appl. Phys. 106 095311
[8]	Kafesaki M, Tsiapa I, Katsarakis N, Koschny T, Soukoulis C M, Economou E N 2007 Phys. Rev. B 75 235114
[9]	Zhu W R, Zhao X P 2009 Chin. Phys. Lett. 26 074212
[10]	Valentine J, Zhang S, Zentgraf T, Ulin-Avila E, Genov D A, Bartal G, Zhang X 2008 Nature 455 376
[11]	Yen T J, Padilla W J, Fang N, Vier D C, Smith D R, Pendry J B, Basov D N, Zhang X 2004 Science 303 1494
[12]	Zhu W R, Zhao X P, Ji N 2007 Appl. Phys. Lett. 90 011911
[13]	Zhang S, Fan W, Minhas B K, Frauenglass A, Malloy K J, Brueck S R J 2005 Phys. Rev. Lett. 95 137404
[14]	Dolling G, Wegener M, Soukoulis C M, Linden S 2007 Opt. Lett. 32 53
[15]	Sun M Z, Zhang C M, Song X P, Liang G Y, Sun Z B 2009 Acta Phys. Sin. 58 6179 (in Chinese) [孙明昭、张淳明、宋晓平、梁工英、孙占波 2009 物理学报 58 6179]
[16]	Dolling G, Enkrich C, Wegener M, Soukoulis C M, Linden S 2006 Opt. Lett. 31 1800
[17]	Wu J F, Sun M Z, Zhang C M 2009 Acta Phys. Sin. 58 3844 (in Chinese) [吴俊芳、孙明昭、张淳明 2009 物理学报 58 3844]
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[19]	Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J, Smith D R, Padilla W J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 207402
[20]	Tao H, Bingham C M, Strikwerda A C, Pilon D, Shrekenhamer D, Landy N I, Fan K, Zhang X, Padilla W J, Averitt R D 2008 Phys. Rev. B 78 241103(R)
[21]	Landy N I, Bingham C M, Tyler T, Jokerst N, Smith D R, Padilla W J 2009 Phys. Rev. B 79 125104
[22]	Smith D R, Schultz S, Markos P, Soukoulis C M 2002 Phys. Rev. B 65 195104
[23]	Wang J F, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Ma H, Yang Y M, Gu C 2009 Acta Phys. Sin. 58 3224 (in Chinese) [王甲富、屈绍波、徐卓、张介秋、马华、杨一鸣、顾超 2009 物理学报 58 3224]
[24]	Garcia-Meca C, Ortuno R, Salvador R, Martinez A, Marti J 2007 Opt. Express 15 9320
[25]	Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1999 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 47 2075

施引文献

[1]	Veselago V G 1968 Sov. Hys. Usp. 10 509
[2]	Shelby R, Smith D R, Schulrz S 2001 Science 292 77
[3]	Chen H S, Ran L X, Huangfu J T, Zhang X M, Chen K S, Grzegorczyk T M, Kong J A 2004 Phys. Rev. E 70 057605
[4]	Dong Z G, Xu M X, Lei S Y, Liu H, Li Tao, Wang F M, Zhu S N 2008 Appl. Phys. Lett. 92 064101
[5]	Zhou J F, Zhang L, Tuttle G, Koschny T, Soukoulis C M 2006 Phys. Rev. B 73 041101(R)
[6]	Zhu W R, Zhao X P, Guo J Q 2008 Appl. Phys. Lett. 92 241116
[7]	Zhu W R, Zhao X P 2009 J. Appl. Phys. 106 095311
[8]	Kafesaki M, Tsiapa I, Katsarakis N, Koschny T, Soukoulis C M, Economou E N 2007 Phys. Rev. B 75 235114
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[10]	Valentine J, Zhang S, Zentgraf T, Ulin-Avila E, Genov D A, Bartal G, Zhang X 2008 Nature 455 376
[11]	Yen T J, Padilla W J, Fang N, Vier D C, Smith D R, Pendry J B, Basov D N, Zhang X 2004 Science 303 1494
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[16]	Dolling G, Enkrich C, Wegener M, Soukoulis C M, Linden S 2006 Opt. Lett. 31 1800
[17]	Wu J F, Sun M Z, Zhang C M 2009 Acta Phys. Sin. 58 3844 (in Chinese) [吴俊芳、孙明昭、张淳明 2009 物理学报 58 3844]
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[19]	Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J, Smith D R, Padilla W J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 207402
[20]	Tao H, Bingham C M, Strikwerda A C, Pilon D, Shrekenhamer D, Landy N I, Fan K, Zhang X, Padilla W J, Averitt R D 2008 Phys. Rev. B 78 241103(R)
[21]	Landy N I, Bingham C M, Tyler T, Jokerst N, Smith D R, Padilla W J 2009 Phys. Rev. B 79 125104
[22]	Smith D R, Schultz S, Markos P, Soukoulis C M 2002 Phys. Rev. B 65 195104
[23]	Wang J F, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Ma H, Yang Y M, Gu C 2009 Acta Phys. Sin. 58 3224 (in Chinese) [王甲富、屈绍波、徐卓、张介秋、马华、杨一鸣、顾超 2009 物理学报 58 3224]
[24]	Garcia-Meca C, Ortuno R, Salvador R, Martinez A, Marti J 2007 Opt. Express 15 9320
[25]	Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1999 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 47 2075

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一种基于金属开口谐振环和杆阵列的左手材料宽带吸收器

1. (1)南阳理工学院电子与电气工程系,南阳 473004; (2)南阳理工学院机电工程系,南阳 473004

基金项目:

河南省杰出青年科学基金(批准号:0612002200),河南省科技攻关计划(批准号:0623021600)资助的课题.

收稿日期: 2009-11-09

修回日期: 2009-12-22

刊出日期: 2010-09-15

摘要: 用数值仿真在微波X波段研究了金属开口谐振环和杆阵列这一最基本的谐振结构.通过合理的参数调节,这种结构在10.91 GHz附近可以表现出高达98%的吸收率,并且半高峰宽达到3.5 GHz.用散射参量提取法计算其有效电磁参数,发现在谐振频率附近其介电常数、磁导率和折射率的实部均为负值.相比于传统的左手材料,这种结构的电磁参数在谐振区域均具有较大的虚部,是形成高吸收率的根本原因.本文的左手材料吸收器在电磁加热、电磁隐身等领域具有许多潜在的应用.

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