Diseño de un absorbente de metamaterial de terahercios de cuatro bandas utilizando un resonador rectangular perforado para aplicaciones de detección

Resumen

Se investiga un absorbedor de terahercios de cuatro bandas con diseño de metamaterial de tamaño único formado por un resonador rectangular perforado sobre un sustrato de oro con un espacio dieléctrico en el medio. La estructura de metamaterial diseñada permite cuatro picos de absorción, de los cuales los primeros tres picos tienen un gran coeficiente de absorción mientras que el último pico posee un alto Q (factor de calidad) de 98,33. Se exploran los mecanismos físicos subyacentes de estos picos; se encuentra que sus distribuciones de campo cercano son diferentes. Además, la cifra de mérito (FOM) del último pico de absorción puede llegar a 101,67, que es muy superior a la de los tres primeros modos de absorción e incluso a las bandas de absorción de otras obras operadas en la frecuencia de terahercios. El dispositivo diseñado con absorción de múltiples bandas y alta FOM podría proporcionar numerosas aplicaciones potenciales en campos relacionados con la tecnología de terahercios.

Antecedentes

Los metamateriales con un tamaño de estructura de sub-longitud de onda o sub-longitud de onda profunda han recibido cada vez más atención porque se ha demostrado que muestran propiedades electromagnéticas (EM) exóticas [1, 2, 3] que no se pueden obtener directamente en condiciones naturales. Además de estos efectos fascinantes, los metamateriales también tienen una amplia variedad de aplicaciones en dispositivos funcionales [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]. Los absorbentes de metamateriales, como rama especial de los dispositivos de metamateriales, han despertado un gran interés en los investigadores porque pueden utilizarse para lograr una gran absorción 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].

En el año de 2008, un grupo de investigación del Boston College diseñó por primera vez el absorbedor de metamaterial en la región de microondas aprovechando al máximo las pérdidas por disipación de la estructura tipo sándwich compuesta por resonador de anillo eléctrico, capa dieléctrica con pérdida y alambre cortado metálico [6 ]. A partir de entonces, se han probado varios tipos de investigaciones basadas en diferentes formas o tamaños de resonadores metálicos. Por ejemplo, Yao et al. presentó un absorbente de metamaterial miniaturizado utilizando una estructura de línea plegada [17]. El absorbedor de terahercios en forma de cruz se demostró en la Ref. [18]. Desafortunadamente, estos absorbentes de metamateriales demostrados se limitan a la absorción de banda única, lo que puede restringir en gran medida sus aplicaciones prácticas. Para resolver el problema de la absorción de banda única, es necesario el diseño y desarrollo de absorbedores de luz de banda múltiple e incluso de banda ancha.

Los resultados demuestran que la combinación de múltiples resonadores para formar estructuras coplanares o en capas puede tener la capacidad de lograr la absorción perfecta en múltiples bandas de frecuencia (es decir, la absorción de múltiples bandas) [22,23,24,25,26,27,28 , 29,30,31,32,33,34,35,36,37,38]. Por ejemplo, las estructuras coplanares constaban de varios tamaños diferentes de resonadores de anillo cerrado [22,23,24,25,26,27], parches cuadrados [28, 29] y resonadores de anillo eléctrico [30,31,32,33] se presentaron para realizar la absorción de banda dual y triple banda. Se sugirieron diseños de estructura en capas para obtener también los dispositivos de absorción de banda múltiple [34,35,36,37,38]. En estas sugerencias, cada resonador metálico tiene un solo modo de absorción y, por lo tanto, el diseño de los dispositivos de absorción de múltiples bandas requiere al menos tantos resonadores como picos de absorción. En Refs. [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38], encontramos claramente que la banda dual, triple banda y incluso los absorbedores de metamateriales de cuatro bandas necesitan al menos dos, tres y cuatro resonadores metálicos en una celda unitaria, respectivamente. Es decir, los estudios previos se centran principalmente en cómo lograr la absorción de múltiples bandas utilizando múltiples tamaños diferentes de resonadores, pocos de ellos se investigan si el resonador de tamaño único tiene la capacidad de exhibir respuestas de absorción de múltiples bandas.

En este artículo, demostramos que el resonador metálico de tamaño único permite la absorción de cuatro bandas, que es diferente de los conceptos de diseño anteriores en los que se necesitan varios resonadores con diferentes tamaños. El diseño del absorbedor de luz de cuatro bandas se compone de un resonador rectangular perforado sobre un espejo dorado con una capa dieléctrica con pérdida entre ellos. Los resultados numéricos indican claramente que la estructura de metamaterial diseñada posee cuatro picos de absorción de banda estrecha, de los cuales los primeros tres picos tienen una fuerte absorción de 97,80% en promedio, mientras que el cuarto pico tiene Q valor de 98,33. Con la ayuda de las distribuciones de campo cercano, se analizan las imágenes físicas subyacentes de la absorción de cuatro bandas. También se analiza el rendimiento de detección del dispositivo de absorción de luz sugerido; Los resultados demuestran que la sensibilidad de detección ( S ) del dispositivo, en particular del S del cuarto pico de absorción, puede alcanzar 3,05 THz por índice de refracción; y la figura del mérito (FOM; la definición de FOM es sensibilidad sensitiva S dividido por su ancho de banda de absorción [44, 45]) de este modo puede ser de hasta 101,67. La gran S y la alta FOM del dispositivo de absorción de luz diseñado son prometedoras en los campos relacionados con los sensores.

Métodos

La figura 1a muestra la vista lateral del absorbedor de luz de cuatro bandas diseñado, está compuesto por un resonador rectangular perforado (ver figura 1b), y un tablero metálico y una capa dieléctrica con pérdidas los separa. Las capas metálicas del absorbente de luz están hechas de oro de 0,4 μm y su conductividad es σ = 4.09 × 10 ⁷ S / m. La capa separada por dieléctrico con pérdida tiene el espesor de t =9 μm y la constante dieléctrica con pérdida de 3 (1 + i 0.05), y este tipo de material dieléctrico con pérdidas se usa ampliamente en el campo de los metamateriales [46]. La vista superior del resonador rectangular perforado se muestra en la Fig. 1b, y sus parámetros geométricos son los siguientes:la longitud y el ancho del resonador rectangular son l =80 μm y w =40 μm, respectivamente. La longitud y el ancho del orificio de ventilación perforado son l ₁ =25 μm y l ₂ =35 μm, respectivamente. El valor de desviación del orificio de aire perforado es δ =18 micras. Los períodos en P xy P y son respectivamente 100 y 60 μm.

un y b son respectivamente la vista lateral y superior del absorbedor de metamaterial de terahercios de cuatro bandas presentado

Aquí, nos gustaría presentar brevemente las reglas de diseño de la metasuperficie, es decir, el resonador rectangular perforado de tamaño único. En general, el resonador metálico tradicional de tamaño único (por ejemplo, resonador de anillo cerrado, parche cuadrado y resonador rectangular) tiene solo un pico de absorción de resonancia, y el diseño de los dispositivos de absorción de luz de múltiples bandas requiere al menos la misma cantidad de resonadores como picos de absorción. Como se indica y se informa en las Refs. [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38], la banda dual, triple banda e incluso cuatribanda de hecho, los dispositivos de absorción de luz necesitan al menos dos, tres y cuatro resonadores metálicos en una celda unitaria, respectivamente. En otras palabras, los trabajos anteriores se concentran principalmente en cómo lograr dispositivos de absorción de luz de múltiples bandas utilizando múltiples tamaños (o formas) diferentes de los resonadores metálicos tradicionales, pocos de ellos se investigan si el resonador de tamaño único con la ligera deformación de la estructura tiene la capacidad de lograr absorción de múltiples bandas. Aquí, intentamos obtener la absorción de múltiples bandas introduciendo la brecha (es decir, el orificio de aire) en el resonador metálico rectangular tradicional. Es previsible que la introducción del orificio de aire en el resonador rectangular tradicional pueda romper la simetría del resonador metálico rectangular original y pueda romper las distribuciones originales de campo cercano (o la reordenación de las distribuciones de campo cercano en el resonador rectangular perforado) , introduciendo (o generando) algunos nuevos modos de absorción de resonancia. Como se menciona en la Fig. 4, la introducción de la brecha (o el orificio de aire) en el resonador rectangular tradicional puede, de hecho, reorganizar las distribuciones de campo cercano, dando como resultado algunos nuevos picos de absorción de resonancia. Por lo tanto, creemos que la ligera deformación de la estructura del resonador metálico tradicional es una forma efectiva de lograr la absorción de múltiples bandas; Este tipo de método de diseño seguramente tendrá ventajas obvias en comparación con los enfoques de diseño anteriores que utilizan resonadores de diferentes tamaños [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34, 35,36,37,38]. Adicionalmente, para el absorbente de metamaterial, su absorción al 100% puede derivarse principalmente de dos aspectos, la pérdida óhmica en capas metálicas y la absorción en la placa dieléctrica utilizando el dieléctrico con pérdidas. En las bandas de frecuencia de terahercios y microondas [6, 18, 23,24,25, 39, 50], la pérdida óhmica en las capas metálicas suele ser menor que la absorción en la capa dieléctrica. Es decir, es imposible usar simplemente la pérdida óhmica para lograr el 100% de absorción. Por lo tanto, generalmente es necesario utilizar el dieléctrico con pérdidas como placa dieléctrica de los absorbedores de metamateriales [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36, 37].

El absorbedor de metamaterial de cuatro bandas se simula empleando el software comercial, FDTD Solutions, que se basa en el método de dominio de tiempo de diferencia finita. En el cálculo, una onda electromagnética plana con el campo eléctrico en la dirección de x -eje se utiliza como fuente de luz, que se irradia perpendicularmente a la estructura de resonancia (desde el resonador perforado hasta la capa dieléctrica con pérdida y el espejo de oro) a lo largo de la dirección de la z -eje (ver Fig. 1). La fuente de luz tiene un rango de frecuencia de (0.2 ~ 3.0) THz. Para garantizar la precisión de los resultados del cálculo, el tamaño de la fuente de luz debe ser ligeramente mayor que el del período repetido de la estructura, al mismo tiempo, suficientes tiempos de simulación y los límites adecuados (límites periódicos en direcciones de x - y y -eje y capas perfectamente combinadas en la dirección de z -axis) debe utilizarse.

Resultados y discusión

La Figura 2a muestra el rendimiento de absorción del absorbente de metamaterial de terahercios de cuatro bandas presentado. Como se reveló, la estructura de tamaño simple sugerida puede tener cuatro picos, cuyas frecuencias son respectivamente 0,84 THz en el punto A , 1,77 THz en el punto B , 2,63 THz en el punto C y 2,95 THz en el punto D . Los primeros tres puntos de frecuencia ( A , B y C ) tienen grandes tasas de absorción promedio del 97.80%, y la absorción del punto de frecuencia D es aproximadamente el 60,86%. Los anchos de banda (ancho completo a la mitad del máximo, abreviado como FWHM) de los puntos de frecuencia A , B , C y D son 0,13, 0,13, 0,10 y 0,03 THz, respectivamente. En general, el Q (o factor de calidad, y la definición de Q es el punto de frecuencia de resonancia dividido por su ancho de banda) El valor es un indicador muy importante para juzgar el rendimiento del modo de resonancia. Puede reflejar directamente si el modo de resonancia se puede utilizar en aplicaciones de detección. Cuanto mayor sea el Q valor, mejor será el rendimiento de detección. Según la definición de Q valor, el Q valor del punto de frecuencia D puede ser de hasta 98,33, que es mucho más grande que el de los puntos de frecuencia A con Q de 6.46, B con Q de 13,62 y C con Q de 26,32. La gran Q valor del punto de frecuencia D tiene aplicaciones potenciales en campos relacionados con los sensores. Para obtener una descripción detallada del mismo, consulte la Fig. 5 a continuación y sus instrucciones de texto.

un es el rendimiento de absorción del absorbedor de luz de cuatro bandas presentado. b muestra la dependencia del rendimiento de absorción en los rangos de frecuencia extendidos

Para comprender el mecanismo físico del absorbedor de luz de cuatro bandas, comparamos el rendimiento de absorción del resonador rectangular perforado (es decir, la estructura sugerida en la Fig.1) y el resonador rectangular sin perforar (es decir, sin el orificio de aire en el resonador), como se muestra en la Fig.3a, b. Cabe señalar que los parámetros geométricos de esos dos tipos de absorbentes son los mismos, excepto sin el orificio de aire para el resonador rectangular sin perforar. Para el rendimiento de absorción del resonador rectangular sin perforar en la Fig. 3a, dos picos de absorción claros (marcados como modos E y F ), las tasas de absorción de los dos puntos de frecuencia son 93,95 y 82,08%, respectivamente. Al comparar el rendimiento de absorción de la Fig. 3a, b, observamos que la primera ( A ) y el tercero ( C ) los puntos de frecuencia del absorbedor de luz de cuatro bandas en la Fig. 3b están muy cerca de los puntos de frecuencia E y F del resonador rectangular sin perforar en la Fig. 3a. Estas características muestran que los mecanismos de absorción de los puntos de frecuencia A y C del resonador rectangular perforado debe ser respectivamente consistente con los mecanismos de los puntos de frecuencia E y F del resonador rectangular sin perforar. Las ligeras diferencias de frecuencia deberían deberse a la introducción del orificio de aire en el resonador rectangular.

un y b son respectivamente el rendimiento de absorción de los absorbedores de luz rectangulares perforados y sin perforar

Para revelar el mecanismo de absorción de los puntos de frecuencia E y F del resonador rectangular sin perforar, le damos el eléctrico (| E |) y magnético (| H y |) distribuciones de campo de los dos puntos E y F , como se muestra en la Fig. 4a – d. Puede verse en la Fig. 4b, d que el | H y | distribuciones de campo de los puntos de frecuencia E y F ambos se concentran principalmente en la capa dieléctrica con pérdidas. Estas características de distribución muestran que los puntos de frecuencia E y F son las respuestas localizadas del resonador rectangular sin perforar. La distribución del campo magnético en la capa dieléctrica puede conducir a la acumulación de carga (o campo eléctrico) en los bordes del resonador rectangular sin perforar [28, 39]. El | E | Los campos mostrados en la Fig. 4a, c demuestran claramente la excitación del campo eléctrico en los bordes del resonador rectangular sin perforar. Además, para el punto de frecuencia E En la Fig. 4b, solo hay un área de acumulación de campo fuerte en la capa dieléctrica con pérdida, lo que significa que el punto de frecuencia E es la resonancia localizada de primer orden del resonador rectangular sin perforar [40, 41]. A diferencia del caso de la Fig. 4b, se observan tres áreas de acumulación de campo para el punto de frecuencia F en la Fig. 4d. Como resultado, el punto de frecuencia F debería ser la respuesta localizada de tercer orden del resonador rectangular sin perforar [40,41,42,43]. Como se menciona al final del párrafo anterior, el mecanismo de los puntos de frecuencia A y C en el resonador rectangular perforado debe ser el mismo que el de los puntos de frecuencia E y F en el resonador rectangular sin perforar, respectivamente. Por lo tanto, tenemos razones para creer que los puntos de frecuencia A y C deben ser, respectivamente, las respuestas de primer y tercer orden del resonador rectangular perforado. Para proporcionar evidencia suficiente, necesitamos analizar sus distribuciones de campo.

un y c muestra el | E | distribuciones de campo de los puntos de frecuencia E y F del resonador rectangular sin perforar, respectivamente. b y d proporcionar el | H y | distribuciones de campo de los puntos de frecuencia E y F del resonador rectangular sin perforar, respectivamente. e , g , yo y ( k ) muestra el | E | distribuciones de campo de los puntos de frecuencia A , B , C y D del resonador rectangular perforado, respectivamente. f , h , j y l dar el | H y | distribuciones de campo de los puntos de frecuencia A , B , C y D del resonador rectangular perforado, respectivamente

Ahora proporcionamos las distribuciones de campo cercano de los puntos de frecuencia A , B , C y D del resonador rectangular perforado para revelar los mecanismos físicos del absorbedor de luz de cuatro bandas, como se muestra en la Fig. 4e-l. Puede verse en la Fig. 4f del punto de frecuencia A que solo hay un área de distribución de campo magnético fuerte en la capa dieléctrica del dispositivo absorbente de cuatro bandas sugerido. Tres áreas de acumulación (dos fuertes y una débil) en la Fig. 4j se encuentran en la capa dieléctrica con pérdida del dispositivo de absorción de cuatro bandas para el punto de frecuencia C . Mientras tanto, el | E | distribuciones de campo de puntos de frecuencia A en la Fig. 4e y C en la Fig. 4i se enfocan principalmente en los bordes del resonador rectangular perforado. Por lo tanto, los puntos de frecuencia A y C en la Fig. 2a o la Fig. 3b deberían ser las respuestas localizadas de primer y tercer orden del resonador rectangular perforado, respectivamente [40, 41]. Estas distribuciones de campo proporcionan evidencia suficiente para demostrar que los mecanismos físicos de los puntos de frecuencia A y C en las Figs. 2a o 3b son consistentes con los puntos de frecuencia E y F en la Fig. 3a, respectivamente.

Para el punto de frecuencia B En la Fig. 4h, solo se observa una distribución de campo muy fuerte en el lado derecho de la capa dieléctrica con pérdida y el | E | El campo del modo de absorción de la figura 4g se recoge principalmente en ambos bordes de la sección lateral derecha del resonador rectangular perforado. Como resultado, el punto de frecuencia B debe ser la respuesta localizada de primer orden de la sección del lado derecho del resonador rectangular perforado. Para el punto de frecuencia D , observamos que su | Hy | La distribución del campo se centra principalmente en el lado izquierdo de la capa dieléctrica con pérdida (ver Fig. 4l), lo que indica que este modo debe atribuirse a la respuesta localizada de primer orden de la sección del lado izquierdo del resonador rectangular perforado. Según el análisis anterior, la introducción del orificio de aire en el resonador rectangular puede desempeñar un papel importante en la redistribución de los patrones de campo cercano. Las distribuciones de campo cercano redistribuidas se convierten en dos nuevos modos de absorción, los puntos de frecuencia B y D . Como resultado, se puede realizar un dispositivo de absorción de luz de cuatro bandas en este resonador rectangular ligeramente deformado. En comparación con los métodos de diseño tradicionales para obtener la absorción de múltiples bandas [22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38], el El concepto del diseño posee ventajas obvias, como un diseño de estructura simplificado, pasos de fabricación fáciles y de bajo costo, etc.

En este manuscrito, utilizamos el concepto de resonancias de primer y tercer orden del resonador para obtener la respuesta de absorción de múltiples bandas. Sin embargo, en términos generales, cualquier resonador posee modos de alto orden además de la respuesta de primer orden (o resonancia de modo fundamental), por lo que, según la teoría, puede exhibir varias bandas de absorción con altos coeficientes de absorción dentro de un cierto rango de frecuencia. Si los rangos de frecuencia simulados se extienden a las frecuencias más altas, se pueden encontrar los otros modos de orden superior, y el número de bandas de absorción con coeficientes de absorción altos debería ser idealmente infinito. Sin embargo, la situación real no se basa en esta predicción. Incluso si los rangos de frecuencia se extienden a frecuencias más altas, es bastante difícil obtener muchas (e incluso infinitas) bandas de resonancia que tengan altos coeficientes de absorción, y típicamente solo un máximo de dos modos de resonancia de alto orden y una resonancia de modo fundamental. puede lograrse [40, 41, 47, 48, 49]. Dos tipos de razones pueden explicar este fenómeno. En primer lugar, es difícil lograr simultáneamente una absorción casi perfecta en múltiples bandas de frecuencia diferentes (> 3) debido a los diferentes espesores dieléctricos óptimos requeridos para los diferentes modos de resonancia. En otras palabras, es imposible realizar la excelente absorción (simultánea> 90%) de los picos de banda múltiple basada en la superposición del modo fundamental y varios modos de orden superior (incluso infinitos) [40, 41, 46,47 , 48]. En segundo lugar, los efectos de difracción de la estructura de resonancia también pueden afectar considerablemente los coeficientes de absorción de los picos de resonancia en el modo fundamental y las respuestas de orden superior y, por lo tanto, la investigación numérica específica de los modos de orden superior para garantizar que los efectos de difracción no influyan significativamente en su absorción. rendimiento [47,48,49]. Los dos puntos son las principales razones por las que no se pueden obtener picos de absorción infinitos casi perfectos a pesar de que los rangos de frecuencia se extienden a frecuencias más altas. Además, es importante tener en cuenta que es extremadamente difícil obtener los modos de resonancia de orden par en condiciones normales (como las ondas electromagnéticas irradiadas verticalmente) porque el campo eléctrico de la luz incidente debe poseer componentes verticales en el plano de incidencia. [49].

Para dar una demostración intuitiva, la dependencia de los espectros de absorción en los rangos de frecuencia extendidos del dispositivo de resonancia se proporciona en la Fig. 2b. Como se muestra, solo hay cuatro modos de resonancia claros (es decir, los puntos de frecuencia originales A , B , C y D ) con altos coeficientes de absorción cuando los rangos de frecuencia se amplían a 4 THz, a 6 THz e incluso a 8 THz. En los rangos de frecuencia de (3 ~ 6) THz y (3 ~ 8) THz, se pueden encontrar algunas tasas de absorción bajas y modos de resonancia impredecibles. Este tipo de característica indica que no podemos obtener más modos de resonancia con altos coeficientes de absorción y las frecuencias esperadas cuando los rangos de frecuencia se extienden a frecuencias más altas. Es decir, el número de bandas de absorción no puede aumentar más (e incluso idealmente infinito) con altos coeficientes de absorción cuando los rangos de frecuencia se extienden a frecuencias más altas, lo que se puede atribuir a dos razones del párrafo anterior.

Además, encontramos que los coeficientes de absorción de estos puntos de frecuencia pueden verse afectados significativamente cuando los rangos de frecuencia se extienden a frecuencias más altas. Puede verse en las curvas de amarillo oscuro, azul y rojo de la Fig. 2b que los coeficientes de absorción de los primeros tres puntos de frecuencia disminuyen significativamente con la extensión de los rangos de frecuencia. Particularmente, cuando el rango de frecuencia se extiende a 8 THz, la absorción del segundo punto de frecuencia es del 67,69%; al mismo tiempo, la absorción promedio de los primeros tres puntos de frecuencia A , B y C es solo alrededor del 77.56%, que es mucho más bajo que la absorción casi perfecta (o 100%) de los primeros tres puntos de frecuencia en el rango de frecuencia del THz original (0.2 ~ 3). Por lo tanto, en este manuscrito, solo discutimos los picos de resonancia (es decir, los modos A , B , C y D ) con coeficientes de absorción altos del rango de frecuencia de (0.2 ~ 3) THz sin considerar los casos de coeficientes de absorción bajos y las frecuencias impredecibles de los modos en los rangos de frecuencia de (3 ~ 6) THz y (3 ~ 8) THz .

A continuación, investigamos si el absorbedor de luz de cuatro bandas diseñado se puede incorporar al sensor para detectar o monitorear el cambio del índice de refracción (RI) de los alrededores, que están cubiertos por encima del resonador metálico. La figura 5a muestra la dependencia de los espectros de absorción del cambio del RI de los materiales de cobertura. Puede verse que los cambios de frecuencia de los puntos de frecuencia A y B están casi ausentes (solo 0.01 THz) cuando el RI se cambia de vacío n =1,00 a n =1.04 en intervalos de 0.01, mientras que la frecuencia cambia de los puntos de frecuencia C y D son bastante notables. El cambio de frecuencia del punto de frecuencia C es de aproximadamente 0.046 THz, y el cambio de frecuencia para el punto de frecuencia D puede ser de hasta 0,122 THz. De hecho, la sensibilidad del índice de refracción global ( S ) es un factor intuitivo para describir el rendimiento de detección de la estructura de resonancia y la sensibilidad S se puede definir como [44, 45]: S =Δ f / Δ n , donde Δ f es el cambio de la frecuencia de resonancia y Δ n es el cambio de la RI. Según la definición, la S valores de los puntos de frecuencia A , B , C y D son respectivamente 0,25, 0,25, 1,15 y 3,05 THz / RIU. Comparado con el S valores de los puntos de frecuencia A , B y C , la S factores de mejora para el punto de frecuencia D puede ser tan alto como 12,2, 12,2 y 2,65, respectivamente. La gran S valor del punto de frecuencia D tiene aplicaciones potenciales en áreas relacionadas con los sensores.

un muestra la dependencia del rendimiento de absorción del absorbente de luz de cuatro bandas del cambio del índice de refracción ( n ) de los alrededores. b ₁ y b ₂ son respectivamente las frecuencias de resonancia de los modos C y D como función del índice de refracción n

Además de la sensibilidad de detección S , la FOM (figura de mérito) es un factor más significativo para estimar la calidad del sensor y permite una comparación directa del rendimiento de detección entre diferentes sensores. La definición de FOM es [44, 45]:FOM =Δ f / (Δ n × FWHM) =S / FWHM, donde S y FWHM son la sensibilidad de detección y el ancho completo a la mitad del máximo del modo de resonancia, respectivamente. Basado en el S valores y el FWHM de los cuatro modos de resonancia, los FOM de los puntos de frecuencia A , B , C y D son 1,92, 1,92, 11,5 y 101,67, respectivamente. La FOM del punto de frecuencia D es aproximadamente 52,95, 52,95 y 8,84 veces mayor que la de los puntos de frecuencia A , B y C , respectivamente. Más importante aún, la FOM del punto de frecuencia D es mucho más grande que las obras anteriores operadas en el rango de frecuencia de terahercios con valores que no exceden de 5 [18, 48,49,50,51]. Debido a estas excelentes características, el diseño del absorbedor de luz de múltiples bandas es prometedor en los campos relacionados con los sensores.

Conclusiones

En conclusión, se demuestra un absorbedor de metamaterial de terahercios de cuatro bandas de tamaño único, que está diseñado por un resonador rectangular perforado sobre una capa dieléctrica con pérdida colocada sobre una placa de oro. Se logran cuatro bandas de resonancia discretas y de banda estrecha en el resonador de tamaño único, de las cuales las primeras tres bandas tienen tasas de absorción promedio grandes del 97.80% y la cuarta banda tiene un alto Q valor de 98,33. Se exploran las imágenes físicas del dispositivo diseñado; se encuentra que las distribuciones de campo cercano correspondientes de las cuatro bandas son diferentes. Además, se investiga la dependencia de la absorción del cambio del índice de refracción del entorno (que se cubre por encima del resonador de tamaño único) para explorar el rendimiento de detección del dispositivo. El FOM de la cuarta banda puede llegar a 101,67, que es mucho mayor que el de los tres primeros modos e incluso trabajos anteriores [18, 50,51,52,53]. Estas características superiores, incluida una alta Q valor y FOM grande, será beneficioso para el diseño y desarrollo de sensores simples para detección y monitoreo de gas, detección de material y diagnóstico biomédico.

Abreviaturas

EM:: Electromagnético
FOM:: Figura de mérito
Q :: Factor de calidad
S :: Sensibilidad de detección

Ajuste del modo de movimiento deslizante de los nanotubos de carbono mediante grupos de hidroxilo Nuevas vías para terapias relacionadas con nanopartículas

Nanomateriales

Materiales poliméricos

Biologicos

Teñir

Especias