利用深亚波长低介电常数薄膜实现定向完美吸收

我们在实验上展示了在近红外波段，利用 Ag 上未图案化的深亚波长氧化铟锡 (ITO) 薄膜，实现了 p 偏振光的单束定向完美吸收（在实验精度范围内）。实验观测到的完美吸收发生在略高于 ITO 的介电常数近零 (ENZ) 频率处，此时介电常数小于 1。值得注意的是，对于厚度低至工作自由空间波长约 1/50 且单次通过衰减仅为约 5% 的薄膜，我们仍获得了完美吸收。我们进一步推导了亚波长薄膜区域中完美吸收的简单解析条件，揭示了若要实现完美吸收，ITO 介电常数必须满足的约束。随后，为了深入理解完美吸收的物理机制，我们通过计算实频率/复波数和复频率/实波数模态色散图，分析了该层状结构的本征模。这些分析使我们能够将实验观测到的完美吸收行为归因于该层状结构某一本征模的束缚态与泄漏态行为之间的交叉。两种模态分析方法均表明，完美吸收发生在略高于 ENZ 频率处，这与实验结果一致；并且两种方法均预测在更高频率下存在第二个完美吸收条件，这归因于同一本征模的束缚态与泄漏态行为之间的另一次交叉。我们的结果极大地扩展了可作为超薄完美吸收器的材料列表，并为设计任意所需频率的吸收器系统提供了方法论。