Projeto de absorvedor de metamaterial Terahertz Quad-Band usando um ressonador retangular perfurado para aplicações de detecção

Resumo

O absorvedor de terahertz de banda quádrupla com design de metamaterial de tamanho único formado por um ressonador retangular perfurado em um substrato de ouro com uma lacuna dielétrica entre é investigado. A estrutura de metamaterial projetada permite quatro picos de absorção, dos quais os três primeiros picos têm grande coeficiente de absorção, enquanto o último pico possui um alto Q (fator de qualidade) valor de 98,33. Os mecanismos físicos subjacentes desses picos são explorados; verifica-se que suas distribuições de campo próximo são diferentes. Além disso, a figura de mérito (FOM) do último pico de absorção pode chegar a 101,67, muito superior aos três primeiros modos de absorção e até mesmo bandas de absorção de outros trabalhos operados na frequência terahertz. O dispositivo projetado com absorção de banda múltipla e alto FOM pode fornecer inúmeras aplicações potenciais em campos relacionados à tecnologia terahertz.

Histórico

Metamateriais com tamanho de estrutura de comprimento de onda sub ou profundo têm recebido cada vez mais atenção porque foi comprovado que mostram propriedades eletromagnéticas (EM) exóticas [1,2,3] que não podem ser obtidas diretamente sob a condição natural. Além desses efeitos fascinantes, os metamateriais também têm uma ampla variedade de aplicações em dispositivos funcionais [4,5,6,7,8,9,10]. Absorventes de metamateriais, como o ramo especial dos dispositivos de metamateriais, têm despertado grande interesse dos pesquisadores porque podem ser usados para alcançar grande absorção de luz [6, 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20 , 21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38].

No ano de 2008, um grupo de pesquisa do Boston College projetou pela primeira vez o absorvedor de metamaterial na região de micro-ondas, fazendo uso total das perdas por dissipação da estrutura sanduíche composta por ressonador de anel elétrico, camada dielétrica com perdas e o fio metálico cortado [6 ] Posteriormente, vários tipos de investigações foram comprovados com base em diferentes formas ou tamanhos de ressonadores metálicos. Por exemplo, Yao et al. apresentou um absorvedor de metamaterial miniaturizado usando uma estrutura de linha dobrada [17]. O absorvedor de terahertz em forma de cruz foi demonstrado na Ref. [18]. Infelizmente, esses absorvedores de metamateriais demonstrados são limitados à absorção de banda única, o que pode restringir muito suas aplicações práticas. Para resolver o problema da absorção de banda única, o projeto e o desenvolvimento de absorvedores de luz de banda múltipla e até de banda larga são necessários.

Os resultados demonstram que a combinação de múltiplos ressonadores para formar estruturas coplanares ou em camadas pode ter a capacidade de alcançar a absorção perfeita em múltiplas bandas de frequência (ou seja, a absorção de múltiplas bandas) [22,23,24,25,26,27,28 , 29,30,31,32,33,34,35,36,37,38]. Por exemplo, estruturas coplanares consistiam em vários tamanhos diferentes de ressonadores de anel fechado [22,23,24,25,26,27], manchas quadradas [28, 29] e ressonadores de anel elétrico [30,31,32,33] foram apresentados para realizar a absorção de banda dupla e banda tripla. Projetos de estrutura em camadas foram sugeridos para também obter os dispositivos de absorção de banda múltipla [34,35,36,37,38]. Nessas sugestões, cada ressonador metálico tem apenas um único modo de absorção e, portanto, o projeto dos dispositivos de absorção de banda múltipla requer pelo menos tantos ressonadores quanto picos de absorção. Nas Refs. [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38], descobrimos claramente que a banda dupla, a banda tripla e mesmo absorvedores de metamaterial de banda quádrupla realmente precisam de pelo menos dois, três e quatro ressonadores metálicos em uma célula unitária, respectivamente. Ou seja, os estudos anteriores são focados principalmente em como alcançar a absorção de banda múltipla utilizando vários tamanhos diferentes de ressonadores, poucos deles são investigados se o ressonador de tamanho único tem a capacidade de exibir respostas de absorção de banda múltipla.

Neste artigo, demonstramos que o ressonador metálico de tamanho único permite a absorção de banda quádrupla, o que é diferente dos conceitos de projeto anteriores de que vários ressonadores com tamanhos diferentes são necessários. O projeto do absorvedor de luz de banda quádrupla é composto por um ressonador retangular perfurado em um espelho de ouro com uma camada dielétrica com perdas no meio. Os resultados numéricos indicam claramente que a estrutura do metamaterial projetada possui quatro picos de absorção de banda estreita, dos quais os três primeiros picos têm forte absorção de 97,80% em média, enquanto o quarto pico tem Q valor de 98,33. Com a ajuda das distribuições de campo próximo, as imagens físicas subjacentes da absorção de banda quádrupla são analisadas. O desempenho de detecção do dispositivo de absorção de luz sugerido também é discutido; resultados provam que a sensibilidade de detecção ( S ) do dispositivo, em particular do S do quarto pico de absorção, pode chegar a 3,05 THz por índice de refração; e a figura de mérito (FOM; a definição do FOM é a sensibilidade de detecção S dividido por sua largura de banda de absorção [44, 45]) deste modo pode ser até 101,67. O grande S e alto FOM do dispositivo de absorção de luz projetado são promissores em campos relacionados a sensores.

Métodos

A Figura 1a mostra a vista lateral do absorvedor de luz de banda quádrupla projetado, é composto por um ressonador retangular perfurado (ver Fig. 1b), e uma placa metálica e uma camada dielétrica com perdas os separou. As camadas metálicas do absorvedor de luz são feitas de ouro de 0,4 μm e sua condutividade é σ = 4,09 × 10 ⁷ S / m. A camada separada por dielétrico com perdas tem a espessura de t =9 μm e a constante dielétrica com perdas de 3 (1 + i 0,05), e este tipo de material dielétrico com perdas é amplamente utilizado no campo dos metamateriais [46]. A vista superior do ressonador retangular perfurado é representada na Fig. 1b, e seus parâmetros geométricos são os seguintes:o comprimento e a largura do ressonador retangular são l =80 μm e w =40 μm, respectivamente. O comprimento e a largura do orifício de ar perfurado são l ₁ =25 μm e l ₂ =35 μm, respectivamente. O valor do desvio do orifício de ar perfurado é δ =18 μm. Os períodos em P x e P y são, respectivamente, 100 e 60 μm.

a e b são, respectivamente, as vistas lateral e superior do absorvedor de metamaterial terahertz de banda quádrupla apresentado

Aqui, gostaríamos de apresentar brevemente as regras de design da metassuperfície, ou seja, o ressonador retangular perfurado de tamanho único. Em geral, o ressonador metálico tradicional de tamanho único (por exemplo, ressonador de anel fechado, remendo quadrado e ressonador retangular) tem apenas um pico de absorção de ressonância e o projeto dos dispositivos de absorção de luz de banda múltipla requer pelo menos tantos ressonadores como picos de absorção. Conforme fornecido e relatado nas Refs. [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38], a banda dupla, a banda tripla e mesmo a banda quádrupla os dispositivos de absorção de luz precisam de pelo menos dois, três e quatro ressonadores metálicos em uma célula unitária, respectivamente. Em outras palavras, os trabalhos anteriores estão concentrados principalmente em como conseguir dispositivos de absorção de luz de banda múltipla usando vários tamanhos (ou formatos) diferentes dos ressonadores metálicos tradicionais, poucos deles são investigados se o ressonador de tamanho único com a ligeira deformação da estrutura tem a capacidade de alcançar absorção de banda múltipla. Aqui, tentamos obter a absorção de banda múltipla introduzindo a brecha (ou seja, o orifício de ar) no ressonador metálico retangular tradicional. É previsível que a introdução do orifício de ar no ressonador retangular tradicional pode quebrar a simetria do ressonador metálico retangular original e pode quebrar as distribuições de campo próximo originais (ou o rearranjo das distribuições de campo próximo no ressonador retangular perfurado) , introduzindo (ou gerando) alguns novos modos de absorção de ressonância. Como mencionado na Fig. 4, a introdução da brecha (ou orifício de ar) no ressonador retangular tradicional pode de fato reorganizar as distribuições de campo próximo, resultando em alguns novos picos de absorção de ressonância. Portanto, acreditamos que a leve deformação da estrutura do ressonador metálico tradicional é uma forma eficaz de se conseguir a absorção de múltiplas bandas; este tipo de método de design tende a ter vantagens óbvias em comparação com as abordagens de design anteriores usando vários ressonadores de tamanhos diferentes [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34, 35,36,37,38]. Além disso, para o absorvedor de metamaterial, sua absorção de 100% pode ser derivada principalmente de dois aspectos, a perda ôhmica nas camadas metálicas e a absorção na placa dielétrica usando o dielétrico com perdas. Nas bandas de frequência de terahertz e microondas [6, 18, 23,24,25, 39, 50], a perda ôhmica nas camadas metálicas é geralmente menor do que a absorção na camada dielétrica. Ou seja, é impossível usar apenas a perda ôhmica para atingir 100% de absorção. Portanto, é geralmente necessário usar o dielétrico com perdas como a placa dielétrica dos absorvedores de metamaterial [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36, 37].

O absorvedor de metamaterial de banda quádrupla é simulado empregando-se o software comercial FDTD Solutions, que se baseia no método do domínio do tempo por diferenças finitas. No cálculo, uma onda eletromagnética plana com o campo elétrico ao longo da direção de x -eixo é usado como fonte de luz, que é perpendicularmente irradiado para a estrutura de ressonância (do ressonador perfurado para a camada dielétrica com perdas e o espelho de ouro) ao longo da direção do z -eixo (ver Fig. 1). A fonte de luz tem uma faixa de frequência de (0,2 ~ 3,0) THz. Para garantir a precisão dos resultados dos cálculos, o tamanho da fonte de luz deve ser ligeiramente maior do que o período repetido da estrutura, ao mesmo tempo, tempos de simulação suficientes e os limites adequados (limites periódicos nas direções de x - e y -eixo e camadas perfeitamente combinadas na direção de z -eixo) deve ser utilizado.

Resultados e discussão

A Figura 2a fornece o desempenho de absorção do absorvedor de metamaterial de terahertz quad-band apresentado. Conforme revelado, a estrutura de tamanho simples sugerida pode ter quatro picos, as frequências deles são respectivamente 0,84 THz no ponto A , 1,77 THz no ponto B , 2,63 THz no ponto C , e 2,95 THz no ponto D . Os primeiros três pontos de frequência ( A , B e C ) têm as grandes taxas de absorção médias de 97,80%, e a absorção do ponto de frequência D é cerca de 60,86%. As larguras de banda (largura total na metade do máximo, abreviado como FWHM) dos pontos de frequência A , B , C e D são 0,13, 0,13, 0,10 e 0,03 THz, respectivamente. Em geral, o Q (ou fator de qualidade, e a definição de Q (é o ponto de frequência de ressonância dividido por sua largura de banda) o valor é um indicador muito importante para julgar o desempenho do modo de ressonância. Ele pode refletir diretamente se o modo de ressonância pode ser usado em aplicações de detecção. Quanto maior o Q valor, melhor será o desempenho de detecção. De acordo com a definição de Q valor, o Q valor do ponto de frequência D pode ser até 98,33, que é muito maior do que os pontos de frequência A com Q de 6,46, B com Q de 13,62, e C com Q de 26,32. O grande Q valor do ponto de frequência D tem aplicações potenciais em campos relacionados a sensores. Para uma discussão detalhada sobre isso, consulte a Fig. 5 abaixo e suas instruções de texto.

a é o desempenho de absorção do absorvedor de luz quad-band apresentado. b mostra a dependência do desempenho de absorção nas faixas de frequência estendidas

Para ter uma visão do mecanismo físico do absorvedor de luz quad-band, comparamos o desempenho de absorção do ressonador retangular perfurado (ou seja, a estrutura sugerida na Fig. 1) e do ressonador retangular não perfurado (ou seja, sem o orifício de ar no retângulo ressonador), como mostrado na Fig. 3a, b. Deve-se notar que os parâmetros geométricos desses dois tipos de absorvedores são os mesmos, exceto sem o orifício de ar para o ressonador retangular não perfurado. Para o desempenho de absorção do ressonador retangular não perfurado na Fig. 3a, dois picos de absorção claros (marcados como modos E e F ) são alcançados, as taxas de absorção dos dois pontos de frequência são 93,95 e 82,08%, respectivamente. Ao comparar o desempenho de absorção da Fig. 3a, b, observamos que o primeiro ( A ) e o terceiro ( C ) pontos de frequência do absorvedor de luz de banda quádrupla na Fig. 3b estão muito próximos dos pontos de frequência E e F do ressonador retangular não perfurado na Fig. 3a. Essas características mostram que os mecanismos de absorção dos pontos de frequência A e C do ressonador retangular perfurado deve ser, respectivamente, consistente com os mecanismos dos pontos de frequência E e F do ressonador retangular não perfurado. As pequenas diferenças de frequência devem ser devido à introdução do orifício de ar no ressonador retangular.

a e b são respectivamente o desempenho de absorção dos absorvedores de luz retangulares não perfurados e perfurados

Para revelar o mecanismo de absorção dos pontos de frequência E e F do ressonador retangular não perfurado, damos o elétrico (| E |) e magnético (| H y |) distribuições de campo dos dois pontos E e F , conforme mostrado na Fig. 4a – d. Pode ser visto na Fig. 4b, d que o | H y | distribuições de campo dos pontos de frequência E e F estão ambos concentrados principalmente na camada dielétrica com perdas. Esses recursos de distribuição mostram que os pontos de frequência E e F são as respostas localizadas do ressonador retangular não perfurado. A distribuição do campo magnético na camada dielétrica pode levar ao acúmulo de carga (ou campo elétrico) nas bordas do ressonador retangular não perfurado [28, 39]. O | E | campos mostrados na Fig. 4a, c demonstram claramente a excitação do campo elétrico nas bordas do ressonador retangular não perfurado. Além disso, para o ponto de frequência E na Fig. 4b, há apenas uma área de forte acumulação de campo na camada dielétrica com perdas, o que significa que o ponto de frequência E é a ressonância localizada de primeira ordem do ressonador retangular não perfurado [40, 41]. Diferente do caso da Fig. 4b, três áreas de acumulação de campo são observadas para o ponto de frequência F na Fig. 4d. Como resultado, o ponto de frequência F deve ser a resposta localizada de terceira ordem do ressonador retangular não perfurado [40,41,42,43]. Conforme mencionado no final do parágrafo anterior, o mecanismo dos pontos de frequência A e C no ressonador retangular perfurado deve ser o mesmo dos pontos de frequência E e F no ressonador retangular não perfurado, respectivamente. Portanto, temos razões para acreditar que os pontos de frequência A e C devem ser, respectivamente, as respostas de primeira e terceira ordem do ressonador retangular perfurado. Para fornecer evidências suficientes, precisamos analisar suas distribuições de campo.

a e c mostre o | E | distribuições de campo dos pontos de frequência E e F do ressonador retangular não perfurado, respectivamente. b e d fornecer o | H y | distribuições de campo dos pontos de frequência E e F do ressonador retangular não perfurado, respectivamente. e , g , i , e ( k ) mostra o | E | distribuições de campo dos pontos de frequência A , B , C e D do ressonador retangular perfurado, respectivamente. f , h , j e l dê o | H y | distribuições de campo dos pontos de frequência A , B , C e D do ressonador retangular perfurado, respectivamente

Agora fornecemos as distribuições de campo próximo dos pontos de frequência A , B , C e D do ressonador retangular perfurado para revelar os mecanismos físicos do absorvedor de luz quad-band, como mostrado na Fig. 4e-l. Pode ser visto na Fig. 4f do ponto de frequência A que há apenas uma área de distribuição de campo magnético forte na camada dielétrica do dispositivo absorvedor de banda quádrupla sugerido. Três áreas de acumulação (duas fortes e uma fraca) na Fig. 4j são encontradas na camada dielétrica com perdas do dispositivo de absorção de banda quádrupla para o ponto de frequência C . Enquanto isso, o | E | distribuições de campo de pontos de frequência A na Fig. 4e e C na Fig. 4i estão ambos focados principalmente nas bordas do ressonador retangular perfurado. Portanto, os pontos de frequência A e C na Fig. 2a ou Fig. 3b devem ser as respostas localizadas de primeira e terceira ordem do ressonador retangular perfurado, respectivamente [40, 41]. Essas distribuições de campo fornecem evidências suficientes para mostrar que os mecanismos físicos dos pontos de frequência A e C nas Figs. 2a ou 3b são consistentes com os pontos de frequência E e F na Fig. 3a, respectivamente.

Para ponto de frequência B na Fig. 4h, apenas uma distribuição de campo muito forte é observada no lado direito da camada dielétrica com perdas e o | E | O campo do modo de absorção na Fig. 4g é reunido principalmente em ambas as bordas da seção do lado direito do ressoador retangular perfurado. Como resultado, o ponto de frequência B deve ser a resposta localizada de primeira ordem da seção do lado direito do ressonador retangular perfurado. Para ponto de frequência D , observamos que é | Hy | distribuição de campo é focada principalmente no lado esquerdo da camada dielétrica com perdas (ver Fig. 4l), indicando que este modo deve ser atribuído à resposta localizada de primeira ordem da seção do lado esquerdo do ressonador retangular perfurado. Com base na análise acima, a introdução do orifício de ar no ressonador retangular pode de fato desempenhar um papel importante na redistribuição dos padrões de campo próximo. As distribuições de campo próximo redistribuídas passam a ser dois novos modos de absorção, os pontos de frequência B e D . Como resultado, o dispositivo de absorção de luz quad-band pode ser realizado neste ressonador retangular ligeiramente deformado. Em comparação com os métodos de design tradicionais para obter a absorção de banda múltipla [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38], o O conceito de design possui vantagens óbvias, como design de estrutura simplificado, etapas de fabricação fáceis e de baixo custo e assim por diante.

Neste manuscrito, utilizamos o conceito de ressonâncias de primeira e terceira ordem do ressonador para obter a resposta de absorção de banda múltipla. De modo geral, no entanto, qualquer ressonador possui modos de alta ordem além da resposta de primeira ordem (ou ressonância de modo fundamental), portanto, a partir da teoria, ele pode exibir várias bandas de absorção com coeficientes de absorção elevados dentro de uma certa faixa de frequência. Se as faixas de frequência simuladas forem estendidas para as frequências mais altas, podem-se encontrar os outros modos de alta ordem, e o número de bandas de absorção com coeficientes de absorção altos deve ser idealmente infinito. No entanto, a situação real não se baseia nesta previsão. Mesmo se as faixas de frequência forem estendidas para frequências mais altas, é muito difícil obter muitas (e até infinitas) bandas de ressonância com altos coeficientes de absorção e, normalmente, apenas um máximo de dois modos de ressonância de alta ordem e um modo de ressonância fundamental pode ser alcançado [40, 41, 47,48,49]. Dois tipos de razões podem ser responsáveis por esse fenômeno. Em primeiro lugar, é difícil alcançar simultaneamente uma absorção quase perfeita em várias bandas de frequência diferentes (> 3) devido às diferentes espessuras dielétricas ideais necessárias para os diferentes modos de ressonância. Em outras palavras, é impossível realizar a absorção excelente (simultânea> 90%) dos picos de banda múltipla com base na sobreposição do modo fundamental e vários (mesmo infinitos) modos de alta ordem [40, 41, 46,47 , 48]. Em segundo lugar, os efeitos de difração da estrutura de ressonância também podem afetar consideravelmente os coeficientes de absorção dos picos de ressonância no modo fundamental e respostas de alta ordem e, portanto, investigação numérica específica dos modos de alta ordem para garantir que os efeitos de difração não influenciem significativamente sua absorção desempenho [47,48,49]. Os dois pontos são as principais razões para não ser capaz de obter picos de absorção infinitos quase perfeitos, embora as faixas de frequência sejam estendidas para frequências mais altas. Além disso, é importante notar que é extremamente difícil obter os modos ressonantes de ordem par sob a condição normal (como as ondas eletromagnéticas irradiadas verticalmente) porque o campo elétrico da luz incidente deve possuir componentes verticais no plano de incidência [49].

Para dar uma demonstração intuitiva, a dependência dos espectros de absorção nas faixas de frequência estendidas do dispositivo de ressonância é fornecida na Fig. 2b. Conforme mostrado, existem apenas quatro modos de ressonância claros (ou seja, os pontos de frequência originais A , B , C e D ) com altos coeficientes de absorção quando as faixas de frequência são estendidas para 4 THz, 6 THz e até 8 THz. Nas faixas de frequência de (3 ~ 6) THz e (3 ~ 8) THz, algumas taxas de absorção baixas e modos de ressonância imprevisíveis podem ser encontrados. Esse tipo de recurso indica que não podemos obter mais modos de ressonância com altos coeficientes de absorção e as frequências esperadas quando as faixas de frequência são estendidas para frequências mais altas. Ou seja, o número de bandas de absorção não pode aumentar mais (e mesmo idealmente infinito) com altos coeficientes de absorção quando as faixas de frequência são estendidas para frequências mais altas, o que pode ser atribuído a duas razões para o parágrafo anterior.

Além disso, descobrimos que os coeficientes de absorção desses pontos de frequência podem ser significativamente afetados quando as faixas de frequência são estendidas para frequências mais altas. Pode ser visto nas curvas de amarelo escuro, azul e vermelho da Fig. 2b que os coeficientes de absorção dos três primeiros pontos de frequência diminuem significativamente com o aumento das faixas de frequência. Particularmente, quando a faixa de frequência é estendida para 8 THz, a absorção do segundo ponto de frequência é de 67,69%; ao mesmo tempo, a absorção média dos três primeiros pontos de frequência A , B e C é apenas cerca de 77,56%, o que é muito menor do que a absorção quase perfeita (ou 100%) dos primeiros três pontos de frequência na faixa de frequência do original (0,2 ~ 3) THz. Portanto, neste manuscrito, discutimos apenas os picos de ressonância (ou seja, os modos A , B , C e D ) com altos coeficientes de absorção na faixa de frequência de (0,2 ~ 3) THz sem considerar os casos de coeficientes de absorção baixos e as frequências imprevisíveis dos modos nas faixas de frequência de (3 ~ 6) THz e (3 ~ 8) THz .

Em seguida, investigamos se o absorvedor de luz quad-band projetado pode ser incorporado ao sensor para detectar ou monitorar a mudança do índice de refração (RI) dos arredores, que são cobertos acima do ressonador metálico. A Figura 5a mostra a dependência dos espectros de absorção na mudança do RI dos materiais de cobertura. Pode ser visto que as mudanças de frequência dos pontos de frequência A e B estão quase ausentes (apenas 0,01 THz) quando o RI é alterado do vácuo n =1,00 a n =1,04 em intervalos de 0,01, enquanto a frequência muda dos pontos de frequência C e D são bastante notáveis. A mudança de frequência do ponto de frequência C é cerca de 0,046 THz, e o deslocamento da frequência para o ponto de frequência D pode ser de até 0,122 THz. Na verdade, a sensibilidade do índice de refração em massa ( S ) é um fator intuitivo para descrever o desempenho de detecção da estrutura de ressonância e a sensibilidade S pode ser definido como [44, 45]: S =Δ f / Δ n , onde Δ f é a mudança da frequência de ressonância e Δ n é a mudança do RI. De acordo com a definição, o S valores dos pontos de frequência A , B , C e D são respectivamente 0,25, 0,25, 1,15 e 3,05 THz / RIU. Comparado com o S valores dos pontos de frequência A , B e C , o S fatores de melhoria para o ponto de frequência D pode ser tão alto quanto 12,2, 12,2 e 2,65, respectivamente. O grande S valor do ponto de frequência D tem aplicações potenciais em áreas relacionadas a sensores.

a mostra a dependência do desempenho de absorção do absorvedor de luz quad-band na mudança do índice de refração ( n ) dos arredores. b ₁ e b ₂ são respectivamente as frequências de ressonância dos modos C e D como a função do índice de refração n

Além da sensibilidade de detecção S , o FOM (figura de mérito) é um fator mais significativo para estimar a qualidade do sensor e permite uma comparação direta do desempenho de detecção entre diferentes sensores. A definição do FOM é [44, 45]:FOM =Δ f / (Δ n × FWHM) =S / FWHM, onde S e FWHM são a sensibilidade de detecção e a largura total na metade do máximo do modo de ressonância, respectivamente. Com base no S valores e o FWHM dos quatro modos de ressonância, os FOMs dos pontos de frequência A , B , C e D são 1,92, 1,92, 11,5 e 101,67, respectivamente. O FOM do ponto de frequência D é cerca de 52,95, 52,95 e 8,84 vezes maior do que os pontos de frequência A , B e C , respectivamente. Mais importante ainda, o FOM do ponto de frequência D é muito maior do que trabalhos anteriores operados na faixa de frequência terahertz tendo os valores não superiores a 5 [18, 48,49,50,51]. Devido a essas características excelentes, o projeto do absorvedor de luz de banda múltipla é promissor em campos relacionados a sensores.

Conclusões

Em conclusão, é demonstrado um absorvedor de metamaterial de terahertz de banda quádrupla de tamanho único, que é projetado por um ressonador retangular perfurado em uma camada dielétrica com perdas colocada em uma placa de ouro. Quatro bandas de ressonância de banda estreita e discreta são obtidas no ressonador de tamanho único, das quais as três primeiras bandas têm as grandes taxas de absorção média de 97,80% e a quarta banda tem Q alta valor de 98,33. As imagens físicas do dispositivo projetado são exploradas; verifica-se que as distribuições de campo próximo correspondentes das quatro bandas são diferentes. Além disso, a dependência da absorção na mudança do índice de refração dos arredores (que são cobertos acima do ressonador de tamanho único) é investigada para explorar o desempenho de detecção do dispositivo. O FOM da quarta banda pode chegar a 101,67, que é muito maior que o dos três primeiros modos e até de trabalhos anteriores [18, 50,51,52,53]. Esses recursos superiores, incluindo alto Q valor e grande FOM, será benéfico para o projeto e desenvolvimento de sensores simples para detecção e monitoramento de gás, detecção de materiais e diagnósticos biomédicos.

Abreviações

EM:: Eletromagnética
FOM:: Figura de mérito
Q :: Fator de qualidade
S :: Sensibilidade de detecção

Ajuste do modo de movimento deslizante de nanotubos de carbono por meio de grupos hidroxila Novos caminhos para terapias relacionadas a nanopartículas

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias