CN113363733A - 宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体及其参数确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体及其参数确定方法，主要解决吸波曲线带宽窄、吸波效果不稳定问题，由多开口谐振单元周期排列构成，每个谐振单元包括介质基底(1)、两个人工金属贴片(2)和(3)，该两个金属贴片对称分布于介质基底两侧，分别采用结构相同的方环(21)和(31)，每个方环四臂上开有四个长度不等的矩形开口，将其分为四个L型贴片，这两个方环对应的L型贴片长度两两相同，摆向两两相同。两个极化相同的相干波(4)和(5)，分别从吸波体的左右两侧入射到相干完美吸波体，从其左右两侧输出出射波(6)和(7)。本发明提高了吸波曲线带宽，吸波效果稳定，可用于片上光伏、量热检测器、调制器及光开关。

Description

宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体及其参数确定方法
技术领域
本发明属于人工电磁材料技术领域，具体涉及一种相干完美吸波体，可用于片上光伏、量热检测器、传感器、换能器、调制器及光开关。
背景技术
相干完美吸收是光干涉与光损耗的相互作用，当相干波同时激励于相干完美吸波体时，一侧的反射波将与另一侧的透射波干涉相消，使得观察方向上的出射波强度近似为0。相对于单端口的完美吸收装置，双端口或多端口的相干完美吸收装置拓展了入射波的范围和形式，具有更高的可调性，因此具有更广泛的应用前景。比如，可被用作片上光伏，量热检测器，传感器，也可被用作换能器，调制器或光开关。
申请号为“201410246834.0”，名称为“一种基于相干控制的动态可调节吸收器”的发明，利用非对称双开口谐振圆环实现了频率可调的相干完美吸波体：当两入射波垂直激励，相位差为0°时，相干吸收率在5.37GHz处达到98.84％，相位差为180°时，相干吸收率分别在4.95GHz和5.84GHz处达到97.53％和90.50％，即通过调节相干激励间的相位差，可实现对相干完美吸收频率的调控。在此基础上，申请号为“201710454829.2”，名称为“一种偏振可控的多频段超材料吸收器件”的发明实现了一种偏振可控的相干完美吸波体，当两入射波垂直激励，可通过调节相干激励的相位差和极化方式，实现对相干完美吸波体工作频率的调节。
上述发明均为电磁波垂直入射的情况，其相干吸收峰均为窄带，且由于其结构均为双开口谐振圆环，因而对于TE极化波和TM极化波的吸波频率不同，导致吸波体的吸收效果不稳定。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体及其参数确定方法，以实现极化不敏感的相干完美吸收，提高吸波体的吸收稳定性，并分别针对TE极化波和TM极化波，给出上述吸波体的反射系数、透射系数和相干完美吸收方程，由此计算出吸波体的工作频率和相干吸收率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
1.一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体，由周期排列的谐振单元构成，每个谐振单元包括介质基底1、两个人工金属贴片2和3，该两个金属贴片2和3对称分布于介质基底1两侧，其特征在于：所述两个人工金属贴片采用结构相同的方环21和31，每个方环的四臂上各设有开口，将其分为4个不同大小和不同摆向的L型贴片，以提高吸波曲线的带宽，降低吸波极化敏感性。
进一步，第一个方环21的四臂开口所形成的4个L型贴片211、212、213和214的长度各不同，摆向各不同；第二个方环31的四臂开口所形成的4个L型贴片311、312、313和314的长度各不同，摆向各不同；这两个方环对应的L型贴片长度两两相同，摆向两两相同。
进一步，两个方环21和31的边长均为29～31微米，对应L型贴片的长度如下：
第一个方环21中的第一L型贴片211与第二个方环31中的第一L型贴片311的长度均为29.25～29.35微米；
第一个方环21中的第二L型贴片212与第二个方环31中的第二L型贴片312的长度均为20.975～21.525微米；
第一个方环21中的第三L型贴片213与第二个方环31中的第三L型贴片313的长度均为19.775～20.325微米；
第一个方环21中的第四L型贴片214与第二个方环31中的第四L型贴片314的长度均为11.5～12.5微米。
进一步，两个方环21和31的第一L型贴片211、311，第二L型贴片212、312，第三L型贴片213、313，第四L型贴片214、314的L型贴片的直角夹角摆向成顺时针旋转。
2.一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体的参数确定方法，其特征在于，包括：
1)计算人工电磁超表面单元的等效电磁参数，其包括等效折射率n和等效波阻抗η；
2)在不同极化电磁波激励下根据人工电磁超表面单元的等效折射率n、等效波阻抗η计算其反射系数r、透射系数t，并构建相干完美吸收条件方程：
2a)对于相干激励为TE极化波的情况：
2a1)计算人工电磁超表面单元的反射系数rTE、透射系数tTE为：
Figure BDA0003147793340000021
Figure BDA0003147793340000031
2a2)由反射系数rTE和透射系数tTE推导出折射率为nTE、介质厚度为d的相干完美吸收条件方程如下：
Figure BDA0003147793340000032
其中,
Figure BDA0003147793340000033
为空气的波阻抗，
Figure BDA0003147793340000034
为超表面单元的等效波阻抗，i为虚数单位，k为波数，θ1,θ2分别为电磁波的入射角和折射角，且有：
Figure BDA0003147793340000035
2b)对于相干激励为TM极化波的情况：
2b1)计算人工电磁超表面单元的反射系数rTM、透射系数tTM为：
Figure BDA0003147793340000036
Figure BDA0003147793340000037
2b2)由反射系数rTM和透射系数tTM推导出折射率为nTM、介质厚度为d的相干完美吸收条件方程如下：
Figure BDA0003147793340000038
其中,
Figure BDA0003147793340000039
为空气的波阻抗，
Figure BDA00031477933400000310
为超表面单元的等效波阻抗，i为虚数单位，k为波数，θ1,θ2分别为电磁波的入射角和折射角，且有：
Figure BDA00031477933400000311
3)根据2)的结果，得到不同极化电磁波激励下宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体的相关参数：
对于相干激励为TE极化波，由反射系数rTE和透射系数tTE绘制宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体的相干吸收曲线，得到其相干吸收率：
Figure BDA00031477933400000312
对于相干激励为TM极化波，由反射系数rTM和透射系数tTM绘制宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体的相干吸收曲线，得到其相干吸收率：
Figure BDA00031477933400000313
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，因为本发明使用四开口谐振方环实现了对电磁波的相干完美吸收，所以当入射角度从0°变为40°，该相干完美吸波体都具有良好的宽带和极化不敏感特性；
第二，本发明提出了一种参数确定方法，分别针对TE极化波和TM极化波，推导出上述吸波体的反射系数、透射系数和相干完美吸收条件方程，由此可计算出吸波体的相干吸收率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中的单元结构示意图；
图3是本发明实施例1中TE极化波垂直入射于相干完美吸波体示意图；
图4是本发明实施例1中人工电磁单元的等效折射率和等效波阻抗随频率变化曲线图；
图5是本发明实施例1的反射系数和透射系数随频率变化曲线图；
图6是本发明实施例1由反射系数和透射系数得到的相干吸收率随频率的变化曲线图；
图7是本发明实施例2中TE极化波斜入射于相干完美吸波体示意图；
图8是本发明实施例2中人工电磁单元的等效折射率和等效波阻抗随频率变化曲线图；
图9是本发明实施例2的反射系数和透射系数随频率变化曲线图；
图10是本发明实施例2由反射系数和透射系数得到的相干吸收率随频率的变化曲线图；
图11是本发明实施例3中TM极化波垂直入射于相干完美吸波体示意图；
图12是本发明实施例3中人工电磁单元的等效折射率和等效波阻抗随频率变化曲线图；
图13是本发明实施例3的反射系数和透射系数随频率变化曲线图；
图14是本发明实施例3由反射系数和透射系数得到的相干吸收率随频率的变化曲线图；
图15是本发明实施例4中TM极化波斜入射于相干完美吸波体示意图；
图16是本发明实施例4中人工电磁单元的等效折射率和等效波阻抗随频率变化曲线图；
图17是本发明实施例4的反射系数和透射系数随频率变化曲线图；
图18是本发明实施例4由反射系数和透射系数得到的相干吸收率随频率的变化曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的描述，本实例包括但不限于以下实施例。
参照图1和图2，本发明中宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体由多开口谐振单元周期排列构成，每个谐振单元包括介质基底1、两个人工金属贴片2和3，该两个金属贴片2和3对称分布于介质基底1两侧，这两个金属贴片2和3的结构相同，均采用结构相同的方环21和31，其中第一个方环21的四臂上开有4个长度不等的矩形开口，将其分为4个L型贴片211、212、213和214，第二个方环31的四臂上开有4个尺寸不等的矩形开口，将其分为4个L型贴片311、312、313和314，这两个方环对应的L型贴片长度两两相同。
每个介质基底1均使用相对介电常数为ε＝2.88+i0.09、周期为40微米、厚度为18～19微米的聚酰亚胺材质，其中i为虚数单位。
两个方环21和31的边长均为29～31微米，两侧方环的对应L型贴片尺寸如下：
第一个方环21中的第一L型贴片211与第二个方环31中的第一L型贴片311的长度均为29.25～29.35微米；
第一个方环21中的第二L型贴片212与第二个方环31中的第二L型贴片312的长度均为20.975～21.525微米；
第一个方环21中的第三L型贴片213与第二个方环31中的第三L型贴片313的长度均为19.775～20.325微米；
第一个方环21中的第四L型贴片214与第二个方环31中的第四L型贴片314的长度均为11.5～12.5微米。
两个方环21和31的第一L型贴片211、311，第二L型贴片212、312，第三L型贴片213、313，第四L型贴片214、314的L型贴片的直角夹角摆向成顺时针旋转。
工作时，两个极化方式相同的相干波4和5，分别从吸波体的左侧和右侧入射到相干完美吸波体，同时从其左、右两侧输出出射波6和7。仿真结果表明，当两个输入相干波4和5以相同的入射角度激励于该相干完美吸波体时，可使两个出射波6和7的强度近似为0。在设定的频率和入射角度范围内，该相干完美吸波体对TE极化波和TM极化波都有较好的吸收效果。
本发明对电磁波的相干完美吸收是借助四开口分裂谐振环实现的，而在设定的频率范围内，该谐振环的反射系数和透射系数对相干完美吸波体的吸收性能有直接的影响，只有当吸波体的反射系数和透射系数均满足相干完美吸收条件，才能使其相干吸收率接近100％。以下给出确定上述吸波体参数的四个实施例：
实施例1，在TE极化波以θ1＝0°入射时的吸波体参数确定。
参照图3，本实施例中两相干波均为TE极化波，入射角度均为0°，频率范围设定为2-5THz。图3中“E”代表电场，“H”代表磁场，“k”代表波数，下标“i”表示入射波，“o”表示出射波。其相干完美吸波体的相关参数确定步骤包括如下：
步骤1，计算人工电磁超表面单元的等效折射率nTE和等效波阻抗ηTE。
人工电磁超表面单元的等效折射率nTE和等效波阻抗ηTE,是根据TE极化激励下的反射率和折射率通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003147793340000061
Figure BDA0003147793340000062
其中，
Figure BDA0003147793340000063
分别为人工电磁单元在TE极化波激励下的反射率和透射率，m,
Figure BDA0003147793340000064
均为整数，θ1为单元的入射角，θ1＝0°，且有：
Figure BDA0003147793340000065
该等效折射率nTE和等效波阻抗ηTE随频率的变化曲线如图4所示，其中图4(a)表示该单元的等效折射率随频率的变化曲线，图4(b)表示该单元的等效波阻抗随频率的变化曲线。
步骤2，计算人工电磁单元的反射系数rTE和透射系数tTE。
根据单元的等效折射率nTE和等效波阻抗ηTE，根据如下公式计算可得：
Figure BDA0003147793340000066
Figure BDA0003147793340000067
其中，
Figure BDA0003147793340000068
为空气的波阻抗，
Figure BDA0003147793340000069
为超表面单元的等效波阻抗，k为波数，d为介质基板的厚度，θ1,θ2分别为电磁波的入射角和折射角，且有：
Figure BDA00031477933400000610
令θ1＝0°，得到相干完美吸波体的反射系数和透射系数随频率的变化曲线如图5所示，其中图5(a)表示反射系数随频率的变化曲线，图5(b)表示透射系数随频率的变化曲线。
步骤3，计算相干完美吸波体的相干吸收率
Figure BDA00031477933400000611
和条件方程。
3.1)根据相干完美吸波体的反射系数rTE和透射系数tTE，由以下公式计算相干完美吸波体的相干吸收率
Figure BDA0003147793340000071
Figure BDA0003147793340000072
3.2)令rTE-tTE＝0,可得相干完美吸收条件方程如下：
Figure BDA0003147793340000073
绘制相干吸收率
Figure BDA0003147793340000074
随频率的变化曲线，如图6所示，从图6可以得出θ1＝0°时，在4.794THz，该相干完美吸波体的相干吸收率为99.5％，相干吸收率在90％以上的带宽为1.45THz，相对带宽为34.5％
实施例2，当TE极化波以θ1＝40°入射时的吸波体参数确定。
参照图7，本实施例中两相干波均为TE极化波，入射角度均为40°，频率范围设定为2-5THz。图7中“E”代表电场，“H”代表磁场，“k”代表波数，下标“i”表示入射波，“o”表示出射波。其相干完美吸波体的相关参数确定步骤包括如下：
步骤一，计算该人工电磁超表面单元的等效折射率nTE和等效波阻抗ηTE。
根据TE极化激励下的反射率和透射率，计算人工电磁超表面单元的等效折射率nTE和等效波阻抗ηTE：
Figure BDA0003147793340000075
Figure BDA0003147793340000076
其中，
Figure BDA0003147793340000077
分别为人工电磁单元在TE极化波激励下的反射率和透射率，m,
Figure BDA0003147793340000078
均为整数，θ1为单元的入射角，θ1＝40°，且有：
Figure BDA0003147793340000079
该等效折射率nTE和等效波阻抗ηTE随频率的变化曲线如图8所示，其中图8(a)表示该单元的等效折射率随频率的变化曲线，图8(b)表示该单元的等效波阻抗随频率的变化曲线。
步骤二，计算人工电磁单元的反射系数rTE和透射系数tTE。
由单元的等效折射率nTE和等效波阻抗ηTE，根据如下公式计算人工电磁单元的反射系数rTE和透射系数tTE：
Figure BDA0003147793340000081
Figure BDA0003147793340000082
其中，
Figure BDA0003147793340000083
为空气的波阻抗，
Figure BDA0003147793340000084
为超表面单元的等效波阻抗，k为波数，d为介质基板的厚度，θ1,θ2分别为电磁波的入射角和折射角，且有：
Figure BDA0003147793340000085
令θ1＝40°，得到相干完美吸波体的反射系数和透射系数随频率的变化曲线如图9所示，其中图9(a)表示反射系数随频率的变化曲线，图9(b)表示透射系数随频率的变化曲线。
步骤三，计算相干完美吸波体的相干吸收率
Figure BDA0003147793340000086
和条件方程。
(3.1)根据相干完美吸波体的反射系数rTE和透射系数tTE，由以下公式计算相干完美吸波体的相干吸收率
Figure BDA0003147793340000087
Figure BDA0003147793340000088
(3.2)令rTE-tTE＝0,可得相干完美吸收条件方程如下：
Figure BDA0003147793340000089
绘制相干吸收率
Figure BDA00031477933400000810
随频率的变化曲线，如图10所示，从图10可以得出θ1＝40°时，在4.017THz，该相干完美吸波体的相干吸收率为99.98％，相干吸收率在90％以上的带宽为0.9THz，相对带宽为24.6％
实施例3，当TM极化波以θ1＝0°入射时的吸波体参数确定。
参照图11，本实施例中两相干波均为TM极化波，入射角度均为0°，频率范围设定为2-5THz。图11中“E”代表电场，“H”代表磁场，“k”代表波数，下标“i”表示入射波，“o”表示出射波。其相干完美吸波体的相关参数确定步骤包括如下：
步骤A，计算该人工电磁超表面单元的等效折射率nTM和等效波阻抗ηTM。
人工电磁超表面单元的等效折射率nTM和等效波阻抗ηTM是根据TM极化激励下的反射率和折射率通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003147793340000091
Figure BDA0003147793340000092
其中，
Figure BDA0003147793340000093
分别为人工电磁单元在TM极化波激励下的反射率和透射率，m,
Figure BDA0003147793340000094
均为整数，θ1为单元的入射角，θ1＝0°，且有：
Figure BDA0003147793340000095
该等效折射率nTM和等效波阻抗ηTM随频率的变化曲线如图12所示，其中图12(a)表示该单元的等效折射率随频率的变化曲线，图12(b)表示该单元的等效波阻抗随频率的变化曲线。
步骤B，计算人工电磁单元的反射系数rTM和透射系数tTM。
由单元的等效折射率nTM和等效波阻抗ηTM，根据如下公式计算人工电磁单元的反射系数rTM和透射系数tTM：
Figure BDA0003147793340000096
Figure BDA0003147793340000097
其中，
Figure BDA0003147793340000101
为空气的波阻抗，
Figure BDA0003147793340000102
为超表面单元的等效波阻抗，k为波数，d为介质基板的厚度，θ1,θ2分别为电磁波的入射角和折射角，且有：
Figure BDA0003147793340000103
令θ1＝0°，得到相干完美吸波体的反射系数和透射系数随频率的变化曲线如图13所示，其中图13(a)表示反射系数随频率的变化曲线，图13(b)表示透射系数随频率的变化曲线。
步骤C，计算相干完美吸波体的相干吸收率
Figure BDA0003147793340000104
和条件方程。
C1)根据相干完美吸波体的反射系数rTM和透射系数tTM，由以下公式计算相干完美吸波体的相干吸收率
Figure BDA0003147793340000105
Figure BDA0003147793340000106
3.2)令rTM-tTM＝0,可得相干完美吸收条件方程如下：
Figure BDA0003147793340000107
绘制相干吸收率
Figure BDA0003147793340000108
随频率的变化曲线，如图14所示，从图14可以得出θ1＝0°时，在4.752THz，该相干完美吸波体的相干吸收率为97.5％，相干吸收率在90％以上的带宽为1.46THz，相对带宽为35％.
实施例4，当TM极化波以theta＝40°入射时的参数确定。
参照图15，本实施例中两相干波均为TM极化波，入射角度均为40°，频率范围设定为2-5THz。图15中“E”代表电场，“H”代表磁场，“k”代表波数，下标“i”表示入射波，“o”表示出射波。其相干完美吸波体的相关参数确定步骤包括如下：
第一步，计算该人工电磁超表面单元的等效折射率nTM和等效波阻抗ηTM。
据TM极化激励下的反射率和折射率，计算人工电磁超表面单元的等效折射率nTM和等效波阻抗ηTM：
Figure BDA0003147793340000111
Figure BDA0003147793340000112
其中，
Figure BDA0003147793340000113
分别为人工电磁单元在TM极化波激励下的反射率和透射率，m,
Figure BDA0003147793340000114
均为整数，θ1为单元的入射角，θ1＝40°，且有：
Figure BDA0003147793340000115
该等效折射率nTM和等效波阻抗ηTM随频率的变化曲线如图16所示，其中图16(a)表示该单元的等效折射率随频率的变化曲线，图16(b)表示该单元的等效波阻抗随频率的变化曲线。
第二步，计算人工电磁单元的反射系数rTM和透射系数tTM。
由单元的等效折射率nTM和等效波阻抗ηTM，根据如下公式计算人工电磁单元的反射系数rTM和透射系数tTM：
Figure BDA0003147793340000116
Figure BDA0003147793340000117
其中，
Figure BDA0003147793340000118
为空气的波阻抗，
Figure BDA0003147793340000119
为超表面单元的等效波阻抗，k为波数，d为介质基板的厚度，θ1,θ2分别为电磁波的入射角和折射角，且有：
Figure BDA00031477933400001110
令θ1＝40°，得到相干完美吸波体的反射系数和透射系数随频率的变化曲线如图17所示，其中图17(a)表示反射系数随频率的变化曲线，图17(b)表示透射系数随频率的变化曲线。
第三步，计算相干完美吸波体的相干吸收率
Figure BDA00031477933400001111
和条件方程。
首先，根据相干完美吸波体的反射系数rTM和透射系数tTM，由以下公式计算相干完美吸波体的相干吸收率
Figure BDA0003147793340000121
Figure BDA0003147793340000122
其次，令rTM-tTM＝0,可得相干完美吸收条件方程如下：
Figure BDA0003147793340000123
绘制相干吸收率
Figure BDA0003147793340000124
随频率的变化曲线，如图18所示，从图18可以得出θ1＝40°时，在3.975THz，该相干完美吸波体的相干吸收率为96％，相干吸收率在90％以上的带宽为0.83THz，相对带宽为22.5％。
以上描述仅是本发明的几个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理之后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体，是由周期排列的谐振单元构成，每个谐振单元包括介质基底(1)、两个人工金属贴片(2)和(3)，该两个金属贴片(2)和(3)对称分布于介质基底(1)两侧，其特征在于：所述两个金属贴片分别采用结构相同的方环(21)和(31)，每个方环的四臂上各设有开口，将其分为4个不同大小和不同摆向的L型贴片，以提高吸波曲线的带宽，降低吸波极化敏感性。
2.根据权利要求1所述的宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体，其特征在于：
第一个方环(21)的四臂开口所形成的4个L型贴片(211)、(212)、(213)和(214)的长度各不同，摆向各不相同；
第二个方环(31)的四臂开口所形成的4个L型贴片(311)、(312)、(313)和(314)的长度各不同，摆向各不相同；
这两个方环对应的L型贴片长度两两相同，摆向相同。
3.根据权利要求2所述的宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体，其特征在于，两个方环(21)和(31)的边长均为29～31微米，对应L型贴片的长度如下：
第一个方环(21)中的第一L型贴片(211)与第二个方环(31)中的第一L型贴片(311)的长度均为29.25～29.35微米；
第一个方环(21)中的第二L型贴片(212)与第二个方环(31)中的第二L型贴片(312)的长度均为20.975～21.525微米；
第一个方环(21)中的第三L型贴片(213)与第二个方环(31)中的第三L型贴片(313)的长度均为19.775～20.325微米；
第一个方环(21)中的第四L型贴片(214)与第二个方环(31)中的第四L型贴片(314)的长度均为11.5～12.5微米。
4.根据权利要求3所述的宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体，其特征在于：
两个方环(21)和(31)的第一L型贴片(211)、(311)，第二L型贴片(212)、(312)，第三L型贴片(213)、(313)，第四L型贴片(214)、(314)的L型贴片的直角夹角摆向成顺时针旋转。
5.根据权利要求1所述的宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体，其特征在于：所述介质基底(1)采用相对介电常数为ε＝2.88+i0.09、厚度为18～19微米的聚酰亚胺材质，其中i为虚数单位。
6.一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体的参数确定方法，其特征在于，包括：
1)计算人工电磁超表面单元的等效电磁参数，其包括等效折射率n和等效波阻抗η；
2)在不同极化电磁波激励下根据人工电磁超表面单元的等效折射率n、等效波阻抗η计算其反射系数r、透射系数t，并构建相干完美吸收条件方程：
2a)对于相干激励为TE极化波的情况：
2a1)计算人工电磁超表面单元的反射系数rTE、透射系数tTE为：
Figure FDA0003147793330000021
Figure FDA0003147793330000022
2a2)由反射系数rTE和透射系数tTE推导出折射率为nTE、介质厚度为d的相干完美吸收条件方程如下：
Figure FDA0003147793330000023
其中,
Figure FDA0003147793330000024
为空气的波阻抗，
Figure FDA0003147793330000025
为超表面单元的等效波阻抗，i为虚数单位,k为波数，θ1,θ2分别为电磁波的入射角和折射角，且有：
Figure FDA0003147793330000026
2b)对于相干激励为TM极化波的情况：
2b1)计算人工电磁超表面单元的反射系数rTM、透射系数tTM为：
Figure FDA0003147793330000027
Figure FDA0003147793330000028
2b2)由反射系数rTM和透射系数tTM推导出折射率为nTM、介质厚度为d、波数为k的相干完美吸收条件方程如下：
Figure FDA0003147793330000031
其中,
Figure FDA0003147793330000032
为空气的波阻抗，
Figure FDA0003147793330000033
为超表面单元的等效波阻抗，i为虚数单位，k为波数，θ1,θ2分别为电磁波的入射角和折射角，且有：
Figure FDA0003147793330000034
3)根据2)的结果，得到不同极化电磁波激励下宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体的相关参数：
对于相干激励为TE极化波，由反射系数rTE和透射系数tTE绘制宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体的相干吸收曲线，得到其相干吸收率：
Figure FDA0003147793330000035
对于相干激励为TM极化波，由反射系数rTM和透射系数tTM绘制宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体的相干吸收曲线，得到其相干吸收率：
Figure FDA0003147793330000036
7.根据权利要求6所述的方法，其中1)中计算人工电磁超表面单元的等效折射率n，公式如下：
Figure FDA0003147793330000037
Figure FDA0003147793330000038
其中，nTE,nTM分别为该单元在TE、TM极化波激励下的等效折射率，且有：
Figure FDA0003147793330000039
其中，
Figure FDA00031477933300000310
分别为人工电磁单元在TE极化波激励下的反射系数和透射系数，
Figure FDA00031477933300000311
分别为人工电磁单元在TM极化波激励下的反射系数和透射系数，m,
Figure FDA00031477933300000312
均为整数，θ1为单元的入射角。
8.根据权利要求6所述的方法，其中1)中计算人工电磁超表面单元的等效波阻抗η，公式如下：
Figure FDA0003147793330000041
Figure FDA0003147793330000042
其中，ηTE,ηTM分别为该单元在TE、TM极化波激励下的等效波阻抗，
Figure FDA0003147793330000043
分别为人工电磁单元在TE、TM极化波激励下的反射系数和透射系数，
Figure FDA0003147793330000044
分别为人工电磁单元在TM极化波激励下的反射系数和透射系数，m,
Figure FDA0003147793330000045
均为整数，θ1为单元的入射角。
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