【摘 要】
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传统的电磁波探测器由分立式元件组合而成,滤波片、准直透镜、偏振片等的引入在增加系统光程的同时也造成了探测器的笨重,不利于集成化和小型化。超表面作为一种亚波长尺度的二维谐振单元阵列,具有平面化、与CMOS工艺兼容、能通过设计操控电磁波振幅、相位、偏振态等的特点。通过合理设计超表面的材料和结构,可以将滤波、吸收和探测功能集于一体,从而替代分立式元件,大大提高探测器的集成度。本文的研究集中于面向电磁波探
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传统的电磁波探测器由分立式元件组合而成,滤波片、准直透镜、偏振片等的引入在增加系统光程的同时也造成了探测器的笨重,不利于集成化和小型化。超表面作为一种亚波长尺度的二维谐振单元阵列,具有平面化、与CMOS工艺兼容、能通过设计操控电磁波振幅、相位、偏振态等的特点。通过合理设计超表面的材料和结构,可以将滤波、吸收和探测功能集于一体,从而替代分立式元件,大大提高探测器的集成度。本文的研究集中于面向电磁波探测器的特定功能超表面吸收体设计。主要研究工作陈述如下:（1）面向太赫兹探测的弯折线亚波长吸收体设计。我们提出了一种弯折金天线-电介质层-金背板的三明治结构,通过弯折线的设计大大减小了吸收体单元的尺寸,并利用等效回路模型对吸收体的吸收特性和规律做了理论验证。研究结果表明,该吸收体在目标波段155μm（1.94THz）具有89%的吸收率,吸收谱带宽高达46μm,且具有良好的偏振稳定性和入射角度不敏感性（-40°～40°）,吸收体单元仅为10μm。另外我们对将该吸收体集成于探测像元可能存在的串扰问题做了研究,验证了该设计的可行性。在此基础上我们将工作延伸至红外波段,实现了一种面向红外探测与成像的宽带吸收体设计。该工作为探测器像元的小型化设计提供了可能。（2）面向高分辨光谱探测的窄带角度稳定性吸收体设计。我们提出了一种六方晶格硅柱阵列-电介质-金背板的三明治结构,替代基于金属天线的等离激元吸收体,减少欧姆损耗,大大缩窄吸收谱带宽,同时基于腔共振理论合理设计阵列层的反射、透射相位,抑制了介质结构光学特性对入射光角度的敏感性。研究结果表明,该吸收体在目标波段4.26μm处具有98%的吸收率,吸收带宽仅为8.5nm,品质因数高达500,且具有良好的偏振稳定性和入射角度稳定性（-15°～15°）。我们通过将不同目标探测波长的吸收体集成在一起,给出了一种多气体传感的应用方案。该吸收体设计可通过仅改变结构参数实现不同目标波长的窄带吸收探测,为多波长高分辨光谱探测提供了一种思路。
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