基于超材料的宽频带吸波器件的设计开题报告

1. 研究目的与意义

背景：近年来，超材料(metamaterials)因其奇异的电磁特性及广泛的应用而成为国际上一个热门的研究领域，曾在 2003 年和 2006 年两次被美国《科学》杂 志评为当年世界十大重大科技进展之一。超材料是一种表现出负折射率等特殊物理性质的具有周期或非周期性亚波长结构的人工材料，超材料的性质主要取决于其设计的单元几何结构，通过对超材料中的结构进行定制化的设计，可以使超材料具有常规材料所不具备的奇异物理性质。这种通过改变材料中的人造结构尺寸而对材料的性质进行定制的思路，拓展了人们对于材料的认识。基于超材料的概念，可以设计出各种功能性器件。例如:完美吸收体，偏振转换器，相位延迟器等。超材料完美吸收体属于超材料中的振幅调制器，当电磁波入射到完美吸收体表面时，反射电磁波和透射电磁波的强度均为0，意味着电磁波被材料完全吸收。

目的： 由于超材料完美吸收体有着实际的应用价值，比如利用超材料覆盖的机身实现对雷达的隐形功能。相比于传统吸波器件，超材料完美吸收体有很多优势，例如：厚度薄，稳定性高，可定制化设计等。为此，我们基于对特异材料相关理论在这一方面做了一些研究工作。

意义：传统吸波材料以强吸收为主要目标，它们通常都存在吸收频带窄、密度大等缺点，基于超材料设计的吸波器件利用有效的方法可以实现吸收频带的拓展，实现深亚波长尺度下的电磁波调控。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

1. 查阅文献资料，了解超材料的研究现状；
2. 学习CST三维电磁场仿真软件；
3. 设计基于超材料的宽频带吸波器件；
4. 利用CST三维电磁场仿真软件对所设计的吸波器件进行数值模拟。

预期目标：

设计基于超材料的宽频带吸波器件，通过调控超材料单元内部的共振特性，实现深亚波长尺度下的电磁波调控，并且提出宽频带电磁吸波射频器件，并采用三维电磁场仿真软件对所设计的结构进行数值模拟。

3. 研究的方法与步骤

在研究过程中以理论研究为主，采用一套较为完整的从原理分析、模型构建、数值仿真及优化的研究方案。其中原理分析主要是从经典的电动力学以及电磁波传播理论发展起来的转移矩阵方法和格林函数方法。数值仿真则使用CST的电磁全场仿真软件，支持射频大型、复杂样品的设计与计算。

4. 参考文献

[1]x.shen, t. j. cui, j. zhao, h. f. ma, w. x. jiang, and h. li.polarization-independent wide-angle triple-bandmetamaterialabsorber[j].opt. express, 2011,19:9401–9407.

[2]f.ding, y. cui, x. ge, y. jin, and s. he. ultra-broadbandmicrowavemetamaterial absorber[j].appl. phys. lett.,2012,100: 103506.

[3]h.tao, n. i. landy, c. m. bingham, x. zhang, r. d. averitt, andw. j.padilla. a metamaterial absorber for the terahertz regime:design,fabrication, and characterization[j].opt. express, 2008, 16:7181–7188.

5. 计划与进度安排

第1周，2022年2月24日-3月1日，下发毕业论文任务书；

第1—2周，2022年2月24日-3月8日，学生提交开题报告等材料，指导教师审核；

第3—14周，2022年3月9日-5月31日，学生按开题报告撰写论文；