吸波新型人工电磁介质研究

吸波材料在雷达隐身、热辐射仪、红外探测器以及热光伏电池等多方面有重要应用。新型人工电磁介质吸波是一种新型的吸波方法，通过设计等效电磁参数获得阻抗匹配和大的损耗系数，可在厚度远小于波长的情况下几乎完美吸波。新型人工电磁介质吸波具有独特优势，通过结构设计可工作在不同频段，结构单元尺寸可远小于波长，等效电磁参数可灵活设计。在这个项目里，我们将对吸波新型人工电磁介质展开各方面的研究。通过对电磁响应的系统性研究深入分析新型人工电磁介质吸波的机理，建立完善的物理模型。基于吸波机理设计强吸波的新型人工电磁介质，优化实现宽带、广角、极化不敏感等吸波性能，另外设计特殊类型的吸波新型人工电磁介质。电磁吸收与热辐射是紧密相关的，我们也将研究用新型人工电磁介质调控热辐射。在理论研究新型人工电磁介质吸波的基础上，将在微波段和太赫兹波段进行实验验证。

吸波是基本的电磁现象，具有重要而广泛的应用，如电磁隐身、辐射探测、传感和太阳能等。新型人工电磁介质为完美电磁吸收提供了一种新型途径，能使吸波结构具有更好的灵活性和性能，如工作频段灵活可调、超薄、亚波长尺寸吸波、超宽带吸波等。本项目就新型人工电磁介质吸波的各个基础方面展开研究，包括机理、性能、应用等。研究组围绕项目的各个研究内容展开深入研究，在理论和实验上都取得了显著成果，证实了当初的设想，尤其在吸波性能研究方面做出了突出工作，并进行了拓展研究。我们拓展和深化了对吸波机理的理解，发现基于特殊的等效电磁参数可导致特殊的干涉效应从而实现完美吸波，如任意薄的零折射率层能实现完美吸波（吸收系数可很小），这为实现超薄的吸波结构提供了一条途径；发现基于介质谐振也能导致完美吸波，且该效应与其它效应一起作用能实现宽带吸波，这可应用于太阳能等宽带吸波应用；也开启了新的吸波方式的研究。吸波带宽在很多应用中是一个非常重要的评价指标，我们在这方面做出了很多工作，发现在结构单元内引入多个共振频率相邻的谐振子可实现宽带吸波；特别发现通过引入金属−介质多层结构可实现薄而超宽带的吸波，已获得实验证实，这与基于均匀体损耗材料的渐变结构的吸波相比具有更好的性能和灵活性。除这些作为重点的基础研究外，我们也展开了吸波新型人工电磁介质的应用研究，如提出利用吸波能实现具有大调制比的电控太赫兹调制器，这可扩展到电控石墨烯太赫兹调制器、光控半导体太赫兹调制器等上。在以上这些研究的基础上，已发表13 篇SCI 论文，多发表在Nano Letters、Physical Review B、Applied Physics Letters、Optics Express等国际主流期刊上。通过本项目的研究，培养了四名博士研究生和3名硕士研究生。