一、选题背景和意义：在人们的工作研究中，总是会用到各种各样的光学器件，而光学器件会产生大量的电磁辐射，这些电磁辐射对人体有害，所以我们需要想办法吸收掉这些电磁辐射；除此之外，随着各国科技的发展，制造具有隐身特性的战斗机已经成为各国目前的战略目标；更为重要的是，现代生产中，光能是一个非常大的能量来源，我们通常需要更多的去利用光能，比如太阳能电池，能利用某些特定波长的电磁波，如果我们能制造能够全吸收这些波段的材料，那么将会极大的提高太阳能电池的效率；探测器也是我们生活中必不可少的一部分，探测器主要用来探测某些波段的电磁波，如果电磁波能流密度很小，那么就需要探测器有足够高的灵敏度，如果是全吸收这些波段的材料，那么探测器就会很灵敏。目前人们通过设计超构材料结构能够实现电磁共振，从而实现全吸收，这将会是未来材料的研究热点，将会极大的改变人们的工作生活。
二、课题关键问题及难点：课题的关键问题在于如何设计光学超构材料，因为要实现电磁共振，必须设计出合适的超构材料结构，而每一次设计超构材料之后，都需要花大量的时间去计算这种材料是否能实现电磁共振，在每一次计算之后，合理的调整自己的超构材料设计，最后能实现目标波段的电磁波全吸收。
三、文献综述（或调研报告）：超构材料 (Metamaterials) , 是电磁学的一个研究领域, 它是由亚波长单元周期或非周期排列而组成的人工结构, 可以通过设计结构单元及其排布灵活地操控电磁波, 带来全新的物理现象和应用。光吸收在光学探测器和光伏中起着核心作用。受自然启发，两条不同的路线已进行研究以实现完美吸收。 （i）第一个是依靠在无序损耗表面（例如黑银和碳）中的扩散。在此解决方案之后，已合成工程材料以产生非凡的宽带光吸收（例如，碳纳米管的密集阵列）。 （ii）第二种方法包括使用有序的周期性结构，如在某些夜行性昆虫中发现的那样，它们会产生蛾眼效应。该替代方案已通过实验和理论工作开创了先河，使用金属光栅实现了光的全吸收（TLA）。本文主要研究超构材料的电磁波吸收体，顾名思义, 超构材料吸收体既不透射电磁波, 也不反射电磁波, 而是吸收电磁波。为了实现对电磁波的高吸收率, 超构材料吸收体往往由金属或重掺杂的半导体等对电磁波有较大损耗的材料构成的亚波长单元 (天线) 阵列组成。在光频电磁波的激励下, 天线表面的自由电子产生共振, 即局域表面等离激元共振 (LSPR)，从等效电路的角度来看, 共振的自由电子对应于天线等效电路中的谐振电流源;天线的结构和尺寸, 决定了等效电路中的电感项和电容项, 以及相应的谐振频率;而天线材料的电导率总是有限的, 这使得等效电路中总存在一个欧姆电阻项。因此, 天线对电磁波的吸收, 来源于谐振电流在天线中产生的欧姆损耗。单层天线阵列, 虽然能够吸收一部分入射电磁波, 但仍然会透射和反射部分电磁波。为了实现对电磁波的完美吸收, 可以采用“金属-介质-金属”的三层结构:其中的上金属层是天线阵列, 中间的介质层用于调控上下金属层之间的距离, 而下金属层保持连续, 且厚度足够, 能完全阻挡电磁波的透过。当电磁波从天线阵列一侧射向三层结构时, 不仅会激励起天线表面的自由电子共振 (电共振) , 而且天线表面的谐振电流还会在下金属层的表面诱导出反相的谐振电流, 进而在介质层中激励起磁共振。通过调节天线的大小和介质层的厚度, 可以分别调控电共振、磁共振与入射电磁波的耦合强度。在特定的条件下, 可以将入射电磁波的能量完全馈入电共振与磁共振, 此时电磁波的反射系数为0, 以实现电磁波的完美吸收。近年来，石墨烯的等离子体反应已经引起了极大的关注，石墨烯不仅具有可调谐和可调节的固有等离激元，而且石墨烯与贵金属纳米结构的组合有望为常规等离激元带来各种激动人心的应用。石墨烯的多功能性意味着基于石墨烯的等离激元可以使新型光学器件能够以极高的速度，低的驱动电压，低的功耗和紧凑的尺寸在从太赫兹到可见光的不同频率范围内工作。但是，石墨烯表现出类似于损耗电介质的行为，无法在可见光和近红外区域维持表面等离子体，表面等离子体由于很强的光和物质相互作用，在亚波长度尺寸上实现了有效的光操纵，石墨烯固有的低吸收率含量（〜2.3％）极大地限制了其相关应用。除此之外，石墨烯是碳的典型二维（2D）同素异形体形式。石墨烯的优异光学和电学性质，例如宽带吸收和载流子的高迁移率，有望在光学和光电设备中得到广泛应用。但是，平坦的石墨烯结构（结构衬底上的石墨烯膜或结构石墨烯）几乎不支持高阶等离激元模的有效激发，这导致在基于石墨烯的设备中实现有效的光-质相互作用时存在严重缺陷。为了克服这样的缺点，一种简单的导模共振（GMR）被引入来增强单层石墨烯的光吸收。在单层石墨烯中高效吸收电子通信波段的光已经在多层光子配置中进行数值和理论研究，其中包括涂在介电布拉格镜上的超薄金属薄膜和二氧化硅垫片中的石墨烯片。结果表明，单原子层石墨烯中光的绝对吸收率可显著达到80%（与本征值的 2.3% 的相比提高了34.8倍），由于二氧化硅垫片中等离子体的强场约束。此外，我们发现石墨烯的吸收效率在很大程度上取决于石墨烯在垫器中的位置。通过调整光的射向角度和金属、布拉格镜层的厚度。石墨烯吸收的改进性和可调性，可为高性能石墨烯光电器件（如探测器和调制器）的实现找到有利的应用。二维石墨烯具有独特的特性，包括超高电荷载流子迁移率、极宽的光谱范围以及通过外部偏置电压的动态调谐性，直到现在，基于石墨烯的多光子功能设备已提出，如光探测器，纤维偏振器，慢光元件，芯片集成调制器，模式锁定激光器，太阳能电池，生物传感，纳米间隔器。单层石墨烯中光的绝对低吸收（入射光在近红外区域中2.3%）导致光和石墨烯之间出现固有的微弱相互作用，限制其在光电转换中的实质性应用，今天，增强近红外区域中的石墨烯吸收在使用石墨烯光电器件方面发挥着关键作用。提出了各种有意义的设计，用以在光子纳米结构实现共振从而提高石墨烯的吸收。虽然石墨烯的内在衰减保持不变，但光子结构中电磁场的增强有助于石墨烯吸收的意外改善。近年来，金属纳米结构被广泛使用，通过激发表面等离极化激元（SPP）来增强石墨烯的吸收和光检测，然而，在金属涉及石墨烯结构中，由于金属损失较大，此外，这些配置复杂，这需要高精度制造技术。通过将基于石墨烯的GMR结构整合到经典的TPP结构，塔姆等离极化激元（TPP），一种高度局部的光学表面状态，可以直接在金属和布拉格反射器（BR）之间的界面上生成，无需相位匹配条件。此外，TPP 可以在 TE 和 TM 极化中出现，并且不在特定角度。GMR模式和TPP模式可以同时被激发，数值和理论研究表明两种模式之间的强耦合导致模式混合出现。另外，通过改变间隔物的厚度或入射角，可以实现多通道吸收效果。此外，可以通过调整极化角以连续方式控制基于GMR的吸收的主动调制，或者通过调节石墨烯的化学势以跳跃方式控制基于GMR的吸收的主动调制。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
