이중 대역/삼중 대역 테라헤르츠 메타물질 흡수체의 좁은 이산 거리 설계

결과 및 토론

평면파 조사에서 단일 밴드 MPA의 흡수 곡선은 그림 2a에 나와 있습니다. 2.25THz의 주파수에서 단일 공명 피크의 ~ 100% 흡수가 얻어집니다. 장치의 대역폭은 0.06THz로 중심 공진 주파수의 2.67%에 불과하며 이전 단일 대역 MPA의 약 1/8입니다[1,2,3,4,5,6,7,8,9 ,10,11,12,13]. 또한 Q (공진 주파수를 대역폭으로 나눈 값으로 정의) 장치의 값은 최대 37.50입니다. 매우 좁은 대역폭(또는 높은 Q 값)의 MPA는 장치 자체의 응용에 기여할 뿐만 아니라, 다중 대역 MPA의 낮은 △값 설계에도 도움이 됩니다. 그림 2b, c 및 d는 공명 피크의 필드 분포를 제공합니다. 그림과 같이 자기장(|H 그림 2b의 y|)는 MPA의 절연유전체층에 대부분 집중되어 있으며 장축을 따라 Au 공진기의 양쪽에서 강한 전계강화가 관찰된다(그림 2c, d 참조). 이러한 필드 분포 특성은 MPA의 협대역폭의 큰 광 흡수가 자기 공명에 의한 것임을 나타냅니다[1,2,3,4].

평면파 조사에서 단일 대역 MPA의 흡수 곡선은 a에 나와 있습니다.; ㄴ , ㄷ , 및 d |H의 필드 분포를 제공합니다. Y|, |E | 및 E z는 각각 2.25THz의 피크에서

다음으로 이러한 좁은 MPA 대역폭의 조합이 다중 대역 MPA의 낮은 △값을 실현할 수 있는지 여부를 살펴봅니다. 다중 대역 MPA를 얻기 위해 자주 사용되는 일종의 수직 적층 설계 개념이 사용됩니다. 가장 단순한 종류의 예는 이중 대역 흡수의 경우입니다. 그림 1c는 이중 대역 흡수 구조 모델의 측면도를 제공합니다. 그림과 같이 금속 스트립 공진기와 절연 유전체 슬래브의 두 레이어가 금속 접지면에 교대로 적층됩니다. 두 Au 스트립의 길이는 각각 l입니다. ₁ =36 μm 및 l ₂ =39 μm; 너비는 w로 고정됩니다. =8 μm. 유전체 슬래브의 두께는 t ₁ =1.4 μm 및 t ₂ =2 μm. 단위 주기, 슬래브의 유전 상수, Au 스트립의 두께 및 전도도를 포함한 이중 대역 MPA의 다른 매개변수는 단일 대역 MPA의 매개변수와 동일합니다.

평면파 조사에서 이중 대역 MPA의 흡수 곡선은 그림 3a에 나와 있습니다. 그림 2a의 단일 대역 MPA의 경우와 달리 2.10THz 및 2.40THz의 주파수에서 ~ 100% 흡수율을 갖는 두 개의 공명 피크가 달성됩니다. 두 피크의 대역폭은 각각 해당 공진 주파수의 2.00% 및 3.75%에 불과한 0.05THz 및 0.09THz입니다. 질문 두 피크의 값은 각각 42.00 및 26.67입니다. 또한 두 피크의 공진 외 흡수는 12% 미만으로 매우 낮습니다. 이러한 특징은 대역폭이 좁은 두 개의 피크를 명확하게 구분할 수 있음을 보여줍니다. 두 봉우리의 이산 거리는 0.30THz에 불과하고 △는 13.33%로 전작보다 작은 것이 중요하다[19,20,21,22,23,24,25,26,27, 28,29,30]. 듀얼 밴드 MPA의 낮은 △값은 많은 엔지니어링 및 기술 분야에서 유망합니다. 두 흡수 피크의 공명 메커니즘은 자기장을 분석하여 얻을 수 있습니다. |H 와| 필드 |H 와| 첫 번째 피크는 대부분 이중 대역 MPA의 두 번째 유전체 슬래브에 집중되어 있는 반면 첫 번째 유전체 층의 필드는 매우 작은 비율을 갖습니다(그림 3b 참조). 필드 분포의 특성은 첫 번째 흡수 모드가 두 번째 유전체 층의 자기 공명에 기인하거나 첫 번째 피크 주파수가 금속 스트립 길이 l에 기인한다는 것을 증명합니다. ₂ (그림 3e 참조). 첫 번째 공진 모드의 경우와 달리 |H 와| 두 번째 모드의 필드는 주로 유전체 슬래브의 첫 번째 레이어에 분포되어 있으며(그림 3c 참조), 이는 이 모드가 첫 번째 유전체 슬래브의 자기 공명에서 파생되거나 공진 주파수가 스트립 길이 l ₁ (그림 3d 참조), 따라서 듀얼 밴드 MPA의 △ 값을 조정합니다.

평면파 조사에서 이중 대역 MPA의 흡수 곡선은 a에 나와 있습니다.; ㄴ 및 c |H 제공 와| 듀얼 밴드 MPA의 첫 번째 모드와 두 번째 모드의 필드 분포. l 길이에 따른 이중 대역 MPA의 흡수 곡선 ₁ 그리고 나 ₂ d에 시연됩니다. 및 e , 각각

듀얼 밴드 MPA의 △ 값은 Au 스트립의 크기를 변경하여 조정할 수 있습니다. 두 모드의 주파수는 주로 스트립의 해당 크기에 의존하기 때문입니다. 예를 들어, 길이 l의 경우 ₁ Au 스트립의 첫 번째 레이어의 변경(그림 3d 참조), 두 번째 모드의 주파수는 l의 증가에 따라 점차적으로 감소합니다. ₁ , 첫 번째 모드의 주파수 편이는 크기가 고정되어 있으므로 무시할 수 있습니다. 두 피크의 이산 거리는 두 번째 모드의 주파수 이동으로 인해 달라집니다. 보다 구체적으로, 이산 거리는 l에서 0.41THz에서 감소될 수 있습니다. ₁ =33 μm ~ 0.30THz(l) ₁ =36 μm 및 0.23THz(l) ₁ =39 μm. 듀얼 밴드 MPA의 △값도 l의 17.41%에서 감소할 수 있습니다. ₁ =33 μm에서 l의 13.33% ₁ =36 μm 및 l에서 10.38% ₁ =39 μm. 즉, 스트립 길이 l ₁ 변경하면 이산 거리와 △ 값이 감소할 수 있습니다. 마찬가지로 스트립 길이 l ₂ 변화는 해당 공진 주파수, 즉 첫 번째 공진 모드에만 영향을 미칩니다(그림 3e 참조). 이중 대역 MPA의 이산 거리와 △ 값은 모두 l로 감소합니다. ₂ l이 감소함에 따라 첫 번째 모드 주파수가 감소하기 때문에 감소합니다. ₂ 그림 3e와 같이 두 번째 흡수 피크에 점차적으로 가까워집니다. 나는 때 ₂ =36 μm인 경우 이산 거리는 0.15THz의 가장 작은 값을 갖습니다. 이때 △값은 6.45%에 불과해 기존 보고에 비해 작은 수치다. 이러한 결과는 듀얼 밴드 MPA의 이산 거리(또는 △값)가 Au 스트립의 크기 조정을 통해 다양한 애플리케이션의 요구 사항을 충족하도록 제어할 수 있음을 증명합니다.

우리는 하나 이상의 Au 스트립(즉, 삼중층 구조)의 스택이 삼중 대역 MPA의 낮은 △값 2개를 달성할 수 있는지 여부를 추가로 조사합니다. 그림 1d는 Au 거울 위에 있는 세 쌍의 Au 스트립/유전체 슬래브로 구성된 MPA의 3중 구조 모델의 측면도를 보여줍니다. Au 스트립의 길이는 l입니다. ₁ =34 μm, l ₂ =36 μm 및 l ₃ =39 μm. 유전체 슬래브의 두께는 t입니다. ₁ =1.2 μm, t ₂ =1.4 μm, t ₃ =2.8 μm, 각각. Au 스트립의 너비는 모두 w입니다. =8 μm. 삼중층 MPA의 다른 파라미터는 위에서 설계한 것과 동일하다. 평면파 조사에서 삼중층 MPA의 흡수 곡선은 그림 4a에 나와 있습니다. 2.06THz, 2.27THz 및 2.51THz의 주파수에서 ~ 100% 흡수율을 갖는 3개의 개별 피크를 찾을 수 있습니다. 처음 두 개와 마지막 두 개 공진 모드에서 인접한 피크의 이산 거리는 각각 0.21THz와 0.24THz입니다. 처음 2개 모드와 마지막 2개 모드의 △값은 각각 9.70%와 10.04%로 다중 대역 MPA 값보다 작습니다. 좁은 이산 거리 외에도 삼중 대역 MPA의 공진이 아닌 영역의 흡수율은 32% 이하로 상대적으로 낮습니다(그림 4a 참조). 매우 가까운 3개의 피크를 명확하게 식별할 수 있으며 감지, 감지, 이미징 및 다른 작업에 적용하는 데 사용할 수 있습니다. |하 와| 삼중 밴드 MPA의 공명 메커니즘을 분석하기 위해 세 개의 흡수 피크의 필드 분포가 제공됩니다. 그림 4와 같이 |H 와| 삼중 대역 MPA의 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 모드의 필드 분포는 주로 t의 유전층에서 찾을 수 있습니다. ₃ , 그 ₂ , 그리고 t ₁ , 각각 다른 유전체 층의 필드는 무시할 수 있습니다. 예를 들어, 그림 4b의 첫 번째 모드의 경우 t ₂ 그리고 t ₁ 무시할 수 있으며 t 유전체 층의 필드 ₂ 그리고 t ₃ 그림 4d의 세 번째 모드에서는 무시할 수 있습니다. 이러한 분포 특징은 3개의 흡수 피크가 모두 자기 공명에 의해 발생한다는 것을 분명히 나타냅니다. 보다 구체적으로, 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 모드는 제3 유전층 t의 자기 공진에 기인합니다. ₃ , 두 번째 유전층 t ₂ , 그리고 첫 번째 유전층 t ₁ , 또는 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 모드의 주파수는 l의 Au 스트립 길이에 따라 다릅니다. ₃ , 나 ₂ , 및 나 ₁ , 각각.

평면파 조사에서 삼중 밴드 MPA의 흡수 곡선은 a에 나와 있습니다.; ㄴ , ㄷ , 및 d |H 보여줘 와| 트리플 밴드 MPA의 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 모드의 필드 분포. l의 다양한 길이에서 삼중 밴드 MPA의 흡수 곡선 ₁ , 나 ₂ , 및 나 ₃ e에서 시연됩니다. , f , 및 g , 각각

트리플 밴드 MPA의 △ 값은 Au 스트립 길이를 조정하여 제어할 수 있습니다. 그림 4e는 길이 l의 다양한 경우에서 삼중 밴드 MPA의 흡수 곡선을 보여줍니다. ₁ . 보시다시피 l ₁ 변화는 주로 세 번째 모드 주파수에 영향을 미치는 반면 처음 두 모드의 주파수 이동은 무시할 수 있으며 이론적 예측과 일치합니다. 세 번째 모드의 주파수 변화로 인해 트리플 밴드 MPA의 마지막 두 모드의 △ 값을 조정할 수 있습니다. 마지막 두 모드의 △값은 l에서 12.66%부터 조정할 수 있습니다. ₁ =33 μm에서 l의 10.04% ₁ =34 μm, l에서 7.22% ₁ =35 μm. 처음 두 모드의 △ 값은 길이 l를 조정하여 제어할 수도 있습니다. ₃ (그림 4g 참조). 처음 두 모드의 최소 이산 거리는 l의 경우 0.16THz입니다. ₃ =38 μm이고 △값은 7.31%이다. 또한 길이 l 스케일링을 통해 처음 두 모드와 마지막 두 모드의 △ 값을 조정할 수 있습니다. ₂ , 즉, 두 번째 모드의 주파수입니다(그림 4f 참조). 놀랍게도 처음 두 모드와 마지막 두 모드의 △값 변경은 두 번째 모드의 주파수만 변경하기 때문에 상호 제한적입니다. 예를 들어, l ₁ =37 μm(그림 4f의 파란색 선 참조), 처음 두 모드의 이산 거리는 최소값이 0.16THz이고 마지막 두 모드에 대한 최대값이 0.29THz입니다.