基于微机电系统的主动调节光吸收器
基于微机电系统的主动调节光吸收器(论文14300字)
摘要：在过去的几年中，超材料以其独特的光学特性受到人们的广泛关注。由超材料制成的电磁吸收器应用领域广泛，包括传感器、成像设备等等。高吸收介质的关键是设计能同时受辐射电场和磁场驱动的共振结构，从而很好地实现辐射的共振吸收以及超材料与自由空间的完美阻抗匹配。本文提出了一种宽带且不受偏振影响的广角超材料吸收体。该吸收体由ITO方形阵列和Al方形阵列组成，置于由Al2O3介质间隔层隔开的Al基板上。通过FDTD模拟，并对其进行了数值研究。我们发现该吸收体在近红外光谱范围内(1500nm至1800nm)的峰值吸光度可达90%以上，且其吸收共振的带宽和共振位置可以通过电场、超材料吸收体的几何结构参数等因素来进行调节。这种设计在需要主动控制光吸收的一系列光电器件中将是非常有应用的前景。
关键词：微机电系统，超材料吸收，氧化铟锡（ITO），时域有限差分（FDTD）法
Active Adjusting Optical Absorber Based On Micro Electro Mechanical System
Abstract:Over past few years, active metamaterial and metamaterialhave attracted the great attention with their remarkable optical properties.Electromagnetic absorbersmade of metamaterials can have significant applications such as sensors and imaging devices.The key to a highly absorbing medium is to design resonant structures that can simultaneously be driven by both the electric and magnetic fields of radiation. This results in resonant absorption of radiation along with a perfect or optimized impedance matching of the metamaterial with vacuum.A broadband, polarization-independent and wide angle metamaterial absorber with ITO square arrays and Al square arrays sitting on Al substrate separated by an Al2O3 dielectric spacer layer is investigated.Byusing the FDTD simulationsand numerically investigated.We find that the absorber shows an over 90% peak absorbance at the near-infrared regime from 1500nm to 1800nm and the bandwidth and resonance position of the absorption resonance can be tuned by electrically-controlled or geometric parameters metamaterial absorber.This designed will to be a very promising application in a range of the optoelectronic devices that require active control over light absorption. [资料来源：http://doc163.com]
Keywords:Micro Electro Mechanical System; Metamaterial absorption; Indium tin oxide (ITO); Finite-Difference Time-Domain(FDTD)
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目录
1 绪论 1
1.1微机电系统（MEMS） 1
1.1.1 MEMS技术简介 1
1.1.2 MEMS系统的国内外研究概况 2
1.2超材料吸收体 3
1.2.1超材料简介 3
1.2.2超材料的吸波理论 4
1.2.3 超材料吸收体研究进程 6
1.3 本论文的研究背景及意义 8
2 时域有限差分（FDTD）法 8
2.1 FDTD的发展及应用 8
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2.2 FDTD基本原理 9
2.2.1 Maxwell方程组及其差分形式 9
2.2.2 Yee元胞及其算法 10
2.2.3数值稳定性 14
2.2.4 吸收边界条件 15
3 实验模型与研究方法 17
3.1 实验模型及结构分析 17
3.2 研究方法 19
4 结果与讨论 20
4.1偏置电压对超材料吸收体的影响 20
4.1.1 偏置电压对超材料吸收体反射率的影响 20
4.1.2 偏置电压对超材料吸收体吸收率的影响 21
4.2 其他结构参数对超材料吸收体吸收特性的影响 22
4.2.1 几何参数 23
4.2.2 入射光角度 24
5 总结与展望 24
参考文献 24
致谢 27