中红外三明治结构超材料：负折射优化与特性分析

本文研究了中红外波段的三明治结构超材料的负折射效应，由钱晓春、杨理、王燕和叶永红等学者合作完成。他们的研究基于Ansoft HFSS有限元软件进行仿真分析，这是一种高级的电磁场模拟工具，常用于设计和优化各种光学和电磁波器件的性能。他们关注的重点是周期性结构的三明 sandwich薄膜，即金属-介质-金属（MMI）结构，这种结构因其特殊的光学特性而在光电子学和激光技术领域具有重要应用。 该研究的核心内容是对薄膜内不同介质层厚度、孔结构以及周期性晶格类型（如正方晶格和中心对称晶格）的影响进行深入探讨。研究发现，随着介质层厚度的增加，周期孔阵结构的薄膜负折射性质增强，品质因数（衡量负折射效果的关键指标）和负折射率带宽（指材料能够实现负折射的频率范围）也随之提升。例如，当介质层厚度达到1μm时，正方晶格和中心对称晶格的薄膜分别表现出0.542和0.544的高品质因数，负折射率带宽分别为6.65THz和4.75THz。 另一方面，长条结构薄膜虽然没有明显的厚度依赖关系，但中心对称晶格的薄膜在介质层厚度为0.5μm时，却显示出双重负折射的特性，即不仅折射率小于零，而且带宽也相当可观，品质因数和负折射率带宽分别为0.935和6.20THz。这一发现对于设计能够在中红外波段工作的高性能光电子器件，如隐身材料、光学滤波器或超高速信号传输系统具有重要意义。 整个研究工作得到了高等学校博士学科点专项科研基金的资助，强调了基础理论研究与实际应用的结合。论文的作者钱晓春专注于光电功能材料与器件领域，叶永红作为通信联系人，进一步展示了团队在这一领域的专业知识和研究实力。 这篇论文不仅提供了中红外波段三明治结构超材料负折射效应的数值仿真结果，还为理解其工作原理和优化设计提供了有价值的数据支持，对于推动光电子学和激光技术的发展具有实际价值。