为降低真实毫米波辐射图像的模糊现象，提出了一种基于残差尺度递归网络（RSRN）的毫米波辐射图像盲去模糊方法。RSRN采用多级残差递归结构，在编码器-解码器网络结构中添加级联残差连接和多尺度循环连接。充分利用毫米波辐射图像多尺度特征信息可以提升模型性能，同时使网络的训练更加稳定。最后，通过端到端的方式对毫米波辐射图像进行去模糊。实验结果表明，与现有的图像去模糊方法相比，所提方法消除模糊的同时更好地保留了细节信息，并且呈现出较好的定性和定量结果。

基于阻抗匹配理论与组合谐振结构特性，设计了一种超宽带超材料太阳能吸收器。该吸收器由栅格结构与金属/介质/金属堆叠结构组合而成，组合结构有效拓展了吸收带宽。采用时域有限差分法分析了吸收器的吸收特性，结果表明：该吸收器在300～4000 nm波段内的平均吸收率可达94.9%，吸收带宽为3700 nm，可有效覆盖可见光与红外光波段。该吸收器在整个吸收波段范围内具有一定的偏振独立特性，以60°广角斜入射时，平均吸收率仍可达到93%。谐振频点处的电磁场分布表明，该吸收器的超宽带高吸收特性主要归因于表面等离子体共振、局域表面等离子体共振、慢波效应、法布里-珀罗共振，以及共振模式间的杂化耦合作用。所提超宽带高吸收太阳能吸收器在许多超材料领域具有潜在的应用价值。

为了实现长波红外光谱的高吸收,结合阻抗匹配理论和时域有限差分方法设计了一种长波红外超宽带完美吸收器。首先,分析了金属-介质-金属结构的超材料吸收器,该吸收器在7~14 μm波段内的平均吸收率大于91%。然后,在金属-介质-金属结构的基础上提出了一种嵌入式结构的超宽带完美吸收器,该吸收器在7~14 μm波段具有近乎完美的吸收特性,平均吸收率可达到97.55%,且具有偏振不敏感特性;在入射角度为50°时的平均吸收率仍大于90%(横磁模式下为90.5%、横电模式下为93.7%)。研究结果表明,表面等离子体和法布里-珀罗谐振腔等多种模式的共同作用是获得宽波段完美吸收的主要因素。设计的吸收器在红外光谱内实现了优异吸收,在能量收集、红外传感器等领域具有潜在的应用价值。

基于多尺度特征结构堆叠与法布里-珀罗共振原理,设计了一种宽波段高吸收的多层齿轮形超材料吸收器,该吸收器由两层不同尺度的介质-金属堆叠组成。采用时域有限差分方法分析其吸收特性,数值仿真结果表明,该吸收器在300~4000 nm的波长范围内的吸收率均在89%以上,平均吸收率可达94%,呈现一定的偏振不敏感特性,在60°大角度斜入射时,平均吸收率仍能保持93%。通过对谐振波长处的电磁场分布进行分析,可以得出,该吸收器的宽波段高吸收特性主要由法布里-珀罗共振、表面等离子体共振、局域表面等离子体共振以及多种共振相互间的杂化耦合作用决定。这种宽波段高吸收、大角度吸收、偏振不敏感的吸收器在光伏电池、隐形设备等领域具有潜在的应用价值。

根据多尺寸结构特性和阻抗匹配理论,设计一种矩形层叠结构的超宽带完美吸收器。该吸收器由两层不同尺寸的金属-半导体薄膜-半导体组成,其可以激发多种谐振模式,实现超宽带的完美吸收。采用时域有限差分法研究和分析吸收器的吸收光谱和电磁场能量分布,以及偏振角和入射角对吸收性能的影响。数值计算结果表明,该吸收器在可见光-中红外范围内的平均吸收率高于97%,并具有偏振独立性;当入射角度为60°时,平均吸收率仍高于90%;宽波段的完美吸收由间隙表面等离激元、传导表面等离激元和法布里-珀罗谐振等多种模式的共同作用来实现。

针对传统纳米天线结构存在频段窄、透射率低的问题, 设计了十字缝隙分形纳米天线结构。采用时域有限差分法计算了十字缝隙分形纳米天线结构的异常透射特性, 分析了均匀十字缝隙结构与其之间的透射特性差异, 并讨论了物理参数对十字缝隙分形纳米天线异常透射特性的影响及分形尺寸与非分形尺寸下的纳米天线透射谱变化关系。结果表明, 较于均匀十字缝隙结构, 十字缝隙分形结构实现了光的异常透射及全 2π透射光束相位调控, 尺寸更小型化, 半波宽(FWHM)更宽, 透射率更高, 最高可达 99.51%; 通过调整物理参数, 透射谱呈现出红移或蓝移的特性, 实现了透射谱的可控性; 同时, 当 h=50 nm时, FWHM约为 356 nm, 透射率仍高达 95.66%, 普遍高于传统结构; 并且在大入射角度(70°)下, 峰值透射率仍旧大于 74%。总之, 较于其他纳米天线结构, 十字缝隙分形纳米天线具有宽频、可控可调、结构更微型化等特点, 且实现了光的异常透射。

结合多层波导结构与杂化耦合理论,设计了一种宽波段、高吸收率的多层矩形吸收器。该吸收器由矩形缝隙天线与多层金属-介质-金属矩形结构组成,采用时域有限差分方法分析了该吸收器在宽波段、不同偏振状态以及大角度斜入射条件下的吸收特性。数值分析结果表明,该吸收器在400~1400 nm波段的平均吸收率可达95%,呈一定的偏振不敏感特性,且60°斜入射时仍能保持93%的平均吸收率。通过监测谐振频点下的电磁场分布,发现该吸收器的宽波段高吸收特性主要由法布里-珀罗共振、慢波效应、局域表面等离子体共振及他们之间的杂化耦合作用决定。这种宽波段、高吸收、对偏振与斜入射角度不敏感的吸收器,有望在隐形设备、太阳能电池等领域发挥重要的作用。

针对单一结构纳米天线吸收率不高和波段较窄的缺点,结合多缝隙结构和蝶形偶极子,提出了一种多缝隙蝶形偶极子纳米天线。多缝隙蝶形偶极子是由Au纳米蝶形偶极子刻蚀多条缝隙构成的,该结构能同时实现尖端近场耦合、光栅耦合以及不同介质间的杂化耦合,这三种耦合的共同作用可以在宽波段内有效提高吸收率。采用时域有限差分方法分析了宽波段下该纳米天线的吸收性能,数值分析表明:在400~1800 nm波段,多缝隙蝶形偶极子纳米天线的吸收特性曲线出现多个吸收波峰,吸收峰值最高可达98.4%,平均吸收率为84.1%。该天线的吸收性能明显优于蝶形偶极子纳米天线,在不同偏振状态以及不同角度入射光下,该天线均能在宽波段内保持较好的吸收性能。

在纳米偶极子等效电路的基础上,结合多层波导与谐振腔结构,设计了一种高吸收率、宽波段的纳米超材料太阳能吸收器。该吸收器的单元结构是由双六边形超材料纳米柱与Si圆环柱组成,其中Si圆环中镶嵌了8个微型Au纳米圆柱。采用时域有限差分方法分析了纳米超材料吸收器在宽波段、不同偏振状态的入射光以及大角度入射光下的吸收特性。数值分析表明,该吸收器的吸收波段主要集中在400~1500 nm,其平均吸收率可以达到94%。不同偏振状态的入射光对吸收器的吸收率影响较小,且在±60°大入射角度时该吸收器的平均吸收率仍可达到90%。该吸收器宽波段的高吸收率是由慢波效应与局域表面等离子体共振的共同作用引起的。

太阳能收集是解决无线传感器网络能量受限的有效手段。针对传统采用光伏电池收集太阳能的方法易受环境与光照时间限制、吸收波段窄等问题，提出了一种耦合对称U形缝隙的多谐振纳米天线阵列用于太阳能收集。该天线的单元结构是在银介质基板上刻蚀4个对称的U形缝隙，U形缝隙附近产生的表面等离激元相互耦合，使其在宽波段内产生多个谐振点，从而提高宽波段的平均吸收率。利用时域有限差分方法分析了多谐振U形缝隙纳米天线阵列的吸收特性。仿真结果表明，天线阵列在400~870 nm，960~1 100 nm两个波段内吸收率较高，并出现多个吸收峰，吸收峰值最大可以达到99%。