南京邮电大学章海锋课题组ADP：基于Anapole态的超宽带圆极化近红外波段超材料吸波器的理论设计

创新点：南京邮电大学章海锋课题组利用Anapole态的近场局域增强和远场散射抵消特性，基于理论设计了一个超宽带圆极化超材料吸波器，在近红外波段验证了其优越的电磁性能。

关键词：超材料吸波器，Anapole态，圆极化，近红外波段，南京邮电大学

图1 Anapole态激发的圆极化超材料吸波器结构说明图。（a）吸波器整体结构示意图；（b）吸波器整体结构侧视图；（c）带有谐振腔体的介质层结构示意图；（d）裂环谐振器结构示意图。

图2 Anapole态激发的圆极化超材料吸波器的吸收图谱。（a）设置有金属贴片的吸波器与无金属贴片的吸波器的吸收率对比；（b）吸波器在不同材料设置下的吸收率对比；（c）吸波器在横电波（TE），横磁波（TM），左旋圆极化波（LCP）和右旋圆极化波（RCP）入射下的吸收率对比。

由于Anapole态在纳米结构中的诱导可导致近场局域大幅增强以及远场散射强烈抵消，近几年来这种非辐射模态与许多光学器件都碰撞出了非凡的火花。但将备受瞩目的Anapole态应用于超材料吸波器中时，高吸收率和超宽带吸收性能指标的实现却变得遥不可及。与此同时，目前关于超材料吸波器的报道中，鲜少有研究重点关注器件对于圆极化波的吸收情况，而圆极化波在诸多军事领域如雷达探测和隐身材料中又扮演着十分重要的角色。设计高性能的圆极化超材料吸波器无疑会大大推动相关领域的应用发展。

针对上述问题，南京邮电大学章海锋课题组提出了一个基于Anapole态的超宽带圆极化近红外波段超材料吸波器。在这项工作里，多个裂环谐振器按照一定的角度旋转后构成一个类圆环结构，该结构被包裹在介质层中并通过金属贴片，带有谐振腔体的介质层和金属底板巧妙结合构成最终的吸波器立体结构（如图1所示）。在近红外波段，入射的圆极化波在该结构中激发出Anapole态引起器件的强烈吸收作用，同时PEC镜像原理诱导的虚拟电流形成，涡流吸收和腔体谐振等电磁现象的引入，优化了该超材料吸波器的吸收带宽和吸收率，很好地满足了高性能的要求。

本文中所提出的器件结构对于圆极化电磁波入射表现出了很好的对称性，因此该吸波器具有显著的极化不敏感性。经过多次结构和参数优化，当波长为1423.8nm的圆极化波（左旋圆极化或右旋圆极化）入射时，超材料结构内成功诱导了Anapole态，此时的吸收率高达95.44%，且在1228–2156.7 nm波段内可以实现超过90%的高吸收率，其相对吸收带宽为54.9%（如图2所示），实现了超宽带吸收。该设计有希望为电磁多极子和其非辐射模态的研究拓展更多的可能性与创新性，并广泛应用于光学器件、军事研发等领域。

WILEY

论文信息：

A Theoretical Proposal for an Ultrabroadband Metamaterial Absorber for the Circular Polarization Waves Based on Anapole Mode in the Near-Infrared Region

Jia Qu, Hao Pan, HaiFeng Zhang*

Annalen der Physik

DOI: 10.1002/andp.202200109

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《物理年鉴》是最古老的物理学科学期刊之一，自1799年开始出版。该杂志在实验，理论，应用和计算物理及相关领域发表原创的同行评议论文。

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