一種基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超寬帶吸收器。
【背景技術(shù)】
[0002]超材料，是一種具有非凡特性的人造復(fù)合電磁材料，已成為物理學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)和化學(xué)等學(xué)科研宄熱點，利用電磁超材料可以實現(xiàn)對電磁波性能的任意“調(diào)諧”，從而可實現(xiàn)諸如負(fù)折射率、亞衍射成像以及電磁隱身等奇特的電磁性能。近幾年，基于電磁超材料的電磁諧振吸收器，通過合理設(shè)計器件的物理尺寸及材料參數(shù)，可對入射到吸收器特定頻率的電磁波實現(xiàn)100%完美吸收，因而受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有超寬帶吸收器吸收率低、入射角度小且吸收波長范圍窄無法跨越多個波段吸收的問題，而提供一種基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器。
[0004]本發(fā)明的一種基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器由金屬板襯底、第一介質(zhì)層、第一金屬層、第二介質(zhì)層、第二金屬層、第三介質(zhì)層、第三金屬層、第四介質(zhì)層、第四金屬層、第五介質(zhì)層、第五金屬層、第六介質(zhì)層、第六金屬層、第七介質(zhì)層、第七金屬層、第八介質(zhì)層、第八金屬層、第九介質(zhì)層和第九金屬層組成；金屬板襯底水平放置在最下層，在所述金屬板襯底的中心位置從下向上平行設(shè)置第一介質(zhì)層、第一金屬層、第二介質(zhì)層、第二金屬層、第三介質(zhì)層、第三金屬層、第四介質(zhì)層、第四金屬層、第五介質(zhì)層、第五金屬層、第六介質(zhì)層、第六金屬層、第七介質(zhì)層、第七金屬層、第八介質(zhì)層、第八金屬層、第九介質(zhì)層和第九金屬層；所述第一介質(zhì)層、第一金屬層、第二介質(zhì)層、第二金屬層、第三介質(zhì)層、第三金屬層、第四介質(zhì)層、第四金屬層、第五介質(zhì)層、第五金屬層、第六介質(zhì)層、第六金屬層、第七介質(zhì)層、第七金屬層、第八介質(zhì)層、第八金屬層、第九介質(zhì)層和第九金屬層為同心圓柱體；所述第一介質(zhì)層、第一金屬層、第二介質(zhì)層、第二金屬層、第三介質(zhì)層和第三金屬層的底面直徑相同；所述第四介質(zhì)層、第四金屬層、第五介質(zhì)層、第五金屬層、第六介質(zhì)層和第六金屬層的底面直徑相同；所述第七介質(zhì)層、第七金屬層、第八介質(zhì)層、第八金屬層、第九介質(zhì)層和第九金屬層的底面直徑相同；且所述第一介質(zhì)層、第一金屬層、第二介質(zhì)層、第二金屬層、第三介質(zhì)層和第三金屬層的底面直徑大于所述第四介質(zhì)層、第四金屬層、第五介質(zhì)層、第五金屬層、第六介質(zhì)層和第六金屬層的底面直徑；所述第四介質(zhì)層、第四金屬層、第五介質(zhì)層、第五金屬層、第六介質(zhì)層和第六金屬層的底面直徑大于所述第七介質(zhì)層、第七金屬層、第八介質(zhì)層、第八金屬層、第九介質(zhì)層和第九金屬層的底面直徑；所述第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層、第三介質(zhì)層、第四介質(zhì)層、第五介質(zhì)層、第六介質(zhì)層、第七介質(zhì)層、第八介質(zhì)層和第九介質(zhì)層的材料為有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)陶瓷材料；所述第一介質(zhì)層、第四介質(zhì)層和第七介質(zhì)層為同一種有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)陶瓷材料，所述第二介質(zhì)層、第五介質(zhì)層和第八介質(zhì)層為同一種有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)陶瓷材料，所述第三介質(zhì)層、第六介質(zhì)層和第九介質(zhì)層為同一種有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)陶瓷材料；所述第一介質(zhì)層、第四介質(zhì)層和第七介質(zhì)層的介電常數(shù)大于所述第二介質(zhì)層、第五介質(zhì)層和第八介質(zhì)層的介電常數(shù)；所述第二介質(zhì)層、第五介質(zhì)層和第八介質(zhì)層的介電常數(shù)大于第三介質(zhì)層、第六介質(zhì)層和第九介質(zhì)層的介電常數(shù)；所述基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器的厚度為425nm。
[0005]本發(fā)明的有益效果:
[0006]本發(fā)明采用3X3的級聯(lián)結(jié)構(gòu)在同一單元通過不同介電常數(shù)之間耦合疊加以及不同尺寸單元之間耦合疊加兩種機(jī)理共同作用，增加耦合疊加方式改進(jìn)吸收帶寬。本發(fā)明優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下三個方面:
[0007]1、改變超材料基本單元的物理尺寸，可以改變每個超材料單元對入射電磁波的響應(yīng)，多個超材料基本單元按照一定規(guī)律排布，可使超材料對入射電磁波具有連續(xù)的宏觀響應(yīng)，本發(fā)明利用超材料的上述特點，分別將不同直徑的圓形超級結(jié)構(gòu)單元定義為有規(guī)律排布的多個超材料基本單元，從而實現(xiàn)整體的三個主吸收峰的疊加。
[0008]2、改變介質(zhì)層介電常數(shù)，可以改變介質(zhì)層對入射電磁波頻率響應(yīng)，介電常數(shù)增大，吸收頻率降低，介電常數(shù)減小，對應(yīng)的吸收頻率增大，因此在每一個超級結(jié)構(gòu)單元內(nèi)疊加有規(guī)律變化的介質(zhì)層，不同介電常數(shù)的介質(zhì)層也可使超材料對入射電磁波具有連續(xù)的宏觀響應(yīng)，在對應(yīng)的直徑尺寸產(chǎn)生吸收峰的位置形成二次吸收疊加，從而拓寬吸收帶寬。
[0009]3、本發(fā)明每一層介質(zhì)厚度均為25nm，與現(xiàn)有技術(shù)相比，不同之處在于介質(zhì)層厚度具有確定性，改變了傳統(tǒng)的通過介質(zhì)層厚度調(diào)節(jié)吸收的模式，所采用的周期性陣列圖形結(jié)構(gòu)是圓形，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制備。
[0010]4、本發(fā)明采用圓形單元結(jié)構(gòu)，具有360度中心對稱特點，對入射電磁波極化不敏感，并且吸收角度寬，在40°傾斜角入射條件下，吸收率仍能達(dá)到90%以上。
【附圖說明】
[0011]圖1為基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器電磁波垂直入射的吸收曲線；
[0013]圖3為基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器在不同條件下寬帶吸收率的對比圖，其中■為實施例一的曲線，籲為實施例三的曲線，▲為實施例四的曲線。
【具體實施方式】
[0014]【具體實施方式】一:如圖1所示，本實施方式的一種基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器由金屬板襯底1、第一介質(zhì)層2、第一金屬層3、第二介質(zhì)層4、第二金屬層5、第三介質(zhì)層6、第三金屬層7、第四介質(zhì)層8、第四金屬層9、第五介質(zhì)層10、第五金屬層11、第六介質(zhì)層12、第六金屬層13、第七介質(zhì)層14、第七金屬層15、第八介質(zhì)層16、第八金屬層17、第九介質(zhì)層18和第九金屬層19組成；金屬板襯底I水平放置在最下層，在所述金屬板襯底I的中心位置從下向上平行設(shè)置第一介質(zhì)層2、第一金屬層3、第二介質(zhì)層4、第二金屬層5、第三介質(zhì)層6、第三金屬層7、第四介質(zhì)層8、第四金屬層9、第五介質(zhì)層10、第五金屬層11、第六介質(zhì)層12、第六金屬層13、第七介質(zhì)層14、第七金屬層15、第八介質(zhì)層16、第八金屬層17、第九介質(zhì)層18和第九金屬層19 ;所述第一介質(zhì)層2、第一金屬層3、第二介質(zhì)層4、第二金屬層5、第三介質(zhì)層6、第三金屬層7、第四介質(zhì)層8、第四金屬層9、第五介質(zhì)層10、第五金屬層11、第六介質(zhì)層12、第六金屬層13、第七介質(zhì)層14、第七金屬層15、第八介質(zhì)層16、第八金屬層17、第九介質(zhì)層18和第九金屬層19為同心圓柱體；所述第一介質(zhì)層2、第一金屬層3、第二介質(zhì)層4、第二金屬層5、第三介質(zhì)層6和第三金屬層7的底面直徑相同；所述第四介質(zhì)層8、第四金屬層9、第五介質(zhì)層10、第五金屬層11、第六介質(zhì)層12和第六金屬層13的底面直徑相同；所述第七介質(zhì)層14、第七金屬層15、第八介質(zhì)層16、第八金屬層17、第九介質(zhì)層18和第九金屬層19的底面直徑相同；且所述第一介質(zhì)層2、第一金屬層3、第二介質(zhì)層4、第二金屬層5、第三介質(zhì)層6和第三金屬層7的底面直徑大于所述第四介質(zhì)層8、第四金屬層9、第五介質(zhì)層10、第五金屬層11、第六介質(zhì)層12和第六金屬層13的底面直徑；所述第四介質(zhì)層8、第四金屬層9、第五介質(zhì)層10、第五金屬層11、第六介質(zhì)層12和第六金屬層13的底面直徑大于所述第七介質(zhì)層14、第七金屬層15、第八介質(zhì)層16、第八金屬層17、第九介質(zhì)層18和第九金屬層19的底面直徑；所述第一介質(zhì)層2、第二介質(zhì)層4、第三介質(zhì)層6、第四介質(zhì)層8、第五介質(zhì)層10、第六介質(zhì)層12、第七介質(zhì)層14、第八介質(zhì)層16和第九介質(zhì)層18的材料為有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)陶瓷材料；所述第一介質(zhì)層2、第四介質(zhì)層8和第七介質(zhì)層14為同一種有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)陶瓷材料，所述第二介質(zhì)層4、第五介質(zhì)層10和第八介質(zhì)層16為同一種有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)陶瓷材料，所述第三介質(zhì)層6、第六介質(zhì)層12和第九介質(zhì)層18為同一種有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)陶瓷材料；所述第一介質(zhì)層2、第四介質(zhì)層8和第七介質(zhì)層14的介電常數(shù)大于所述第二介質(zhì)層4、第五介質(zhì)層10和第八介質(zhì)層16的介電常數(shù)；所述第二介質(zhì)層4、第五介質(zhì)層10和第八介質(zhì)層16的介電常數(shù)大于第三介質(zhì)層
6、第六介質(zhì)層12和第九介質(zhì)層18的介電常數(shù)；所述基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)超材料的超寬帶吸收器的厚度為425nm。
[0015]本實施方式采用3X3的級聯(lián)結(jié)構(gòu)在同一單元通過不同介電常數(shù)之間耦合疊加以及不同尺寸單元之間的耦合疊加兩種機(jī)理共同作用，增加耦合疊加方式改進(jìn)吸收帶寬。本實施方式優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下三個方面:
[0016]1、改變超材料基本單元的物理尺寸