近期,中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所紅外光學(xué)材料研究中心董紅星研究員和張龍研究員團(tuán)隊在相干調(diào)控的雙向吸波器研究方面取得進(jìn)展。該工作采用雙層ITO超構(gòu)表面構(gòu)造吸波器,具有雙向?qū)拵У奈⒉ㄎ找约跋喔煽刂频目烧{(diào)諧性能,同時在可見光波段的平均光學(xué)透過率為78.25%,可用作未來智能隱身光窗。相關(guān)研究成果以“Transparent Bilayer ITO Metasurface with Bidirectional and Coherently Controlled Microwave Absorption”為題發(fā)表于Advanced Optical Materials。
超構(gòu)表面是一種由周期性結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的人工復(fù)合材料,能夠?qū)崿F(xiàn)自然材料所不具備的奇異電磁特性,形成了材料、器件研究領(lǐng)域的新范式。其中,超構(gòu)表面吸波器具有厚度薄、重量輕、吸收率高等優(yōu)點,在電磁屏蔽、隱身和無線通信中具有廣泛應(yīng)用前景。然而,目前傳統(tǒng)的吸波器普遍采用MIM結(jié)構(gòu)設(shè)計框架,僅能對正向入射的電磁波實現(xiàn)吸收而反向電磁波被完全反射,這無疑降低了整體電磁能的利用率。同時它們又存在不可調(diào)諧以及光學(xué)不透明的缺點,不能滿足新一代電磁屏蔽光窗智能化和集成化的需求。
針對上述問題,研究團(tuán)隊利用光學(xué)透明的ITO材料設(shè)計超構(gòu)表面,理論提出并實驗驗證了一種雙向吸收、相干調(diào)控、光學(xué)透明的微波吸波器,成功在24.49–34.39 GHz的寬帶頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)了90%以上的雙向電磁波吸收,同時在光學(xué)波段的平均透過率為78.25%。此外,通過添加反向入射電磁波并且調(diào)節(jié)兩束入射電磁波之間的相位差,可以對吸收性能進(jìn)行動態(tài)相干調(diào)控。該項研究成果解決了目前傳統(tǒng)吸波材料單向性、帶寬窄、不可調(diào)以及光學(xué)不透明的問題,為未來智能隱身光窗的設(shè)計提供了新的思路和解決方案。
該工作得到國家自然科學(xué)基金、上海市青年拔尖人才計劃等項目的支持。
圖1 (a) 所提出的超構(gòu)表面微波吸波器示意圖;(b) 單元結(jié)構(gòu)示意圖;(c) 實驗制備的樣品;(d) 實驗測得的光學(xué)透過率。
圖2 (a) 實驗和仿真得到的正向入射電磁波吸收譜;(b) 實驗和仿真得到的反向入射電磁波吸收譜;(c) 雙干調(diào)控示意圖;(d) 兩束入射電磁波之間不同相位差所對應(yīng)的相干吸收譜。