Vanadium Dioxide-assisted Dual Band Polarization-insensitive Metamaterial Absorber for Terahertz Applications

Abstract

Метою цього дослідження є ретельне проектування та аналіз метаматеріальних поглиначів ТГц на основі діоксиду ванадію (VO2). Тришарові конструкції запропонованих метаматеріальних поглиначів (ММА) включають випромінюючий елемент з діоксиду ванадію (VO2) товщиною 0,2 мкм, діелектричну підкладку з полііміду з діелектричною проникністю 3,5 та заземлювальний провідний шар золота (Au) з електропровідністю 4,56e + 0,7 См/м для запобігання поширенню електромагнітних хвиль. Загальний розмір запропонованої структури становить 34 × 36 × 7,4 мкм³. Дві пікові частоти поглинання, на яких працює елементарний елементарний ММА, становлять 4,4 ТГц та 9,68 ТГц. Максимальні відсотки поглинання в робочих діапазонах частот становлять 96 % та 98 %, і вони охоплюють діапазон від 4 до 4,8 ТГц та від 9,5 до 11,4 ТГц відповідно. Дуже корисно зрозуміти явища провідності випромінюючої плями VO2, щоб досягти високого відсотка поглинання для відповідної смуги частот поглинання. Крім того, перевіряється нечутливість поглинання до кута поляризації. Додатково проводиться параметричний аналіз для різних конструктивних параметрів на поглинальну характеристику запропонованого поглинача. Крім того, представлено вплив кута поляризації на поглинання для TE- та TM-мод. Запропонований двосмуговий терагерцовий поглинач може бути придатним для маскування, візуалізації, детектування та електромагнітного екранування.

The purpose of this research is to provide a thorough design and analysis of vanadium dioxide (VO2)- based THz metamaterial absorbers. The three-layer designs of the proposed metamaterial absorbers (MMAs) include a radiating element of vanadium dioxide (VO2) with 0.2 m thick, a dielectric substrate of polyimide with a dielectric constant of 3.5, and a ground conducting layer of gold (Au) with an electrical conductivity of 4.56e + 07 S/m to prevent electromagnetic wave propagation. The overall size of the proposed structure is 34  36  7.4 m3 . The two absorption peak frequencies at which the unit cell MMA operates are 4.4 THz and 9.68 THz. The maximum absorption percentages in the operating frequency ranges are 96 % and 98 %, and they span from 4 to 4.8 THz and 9.5 to 11.4 THz respectively. It is highly advantageous to comprehend the conductive phenomena of the VO2 radiating patch to achieve a high percentage absorption for the relevant absorption frequency band. Moreover, the insensitivity of absorptance to the polarization angle is verified. Additionally, parametric analysis is performed for various design parameters on the absorption response of suggested absorber. Furthermore, the impact of polarization angle on absorbance for TE and TM modes is presented. The prescribed dual band terahertz absorber could be suitable for cloaking, imaging, detection and electromagnetic shielding.