專利名稱：一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體。
背景技術(shù)：
THz波(太赫茲波)或稱為THz射線(太赫茲射線)是指頻率在0. ITHz到IOTHz范圍的電磁波，波長大概在0. 03到3_范圍，介于微波與紅外之間。太赫茲波對很多介電材料和非極性液體具有很強的穿透性和很高的安全性；尤為重要的是，太赫茲波段包含豐富的光譜信息，大量有機分子在太赫茲頻段表現(xiàn)出強烈的吸收和色散特性，因此，太赫茲光譜不僅可用于光譜成像和物質(zhì)形貌識別，而且可用來進行物質(zhì)成分鑒定。在太赫茲技術(shù)的開發(fā)和利用中，檢測太赫茲信號具有舉足輕重的意義。其中太赫茲探測器則是太赫茲系統(tǒng)的核心器件，現(xiàn)有的直接太赫茲探測器大多采用熱效應(yīng)探測器。然而，由于熱效應(yīng)太赫茲探測器是寬帶響應(yīng)，因此沒有頻率選擇性，不利于進行高靈敏度和高光譜分辨率的光譜探測。雖然將太赫茲吸波體制作在探測器的接收表面，能夠大大提高太赫茲探測器的探測靈敏度和頻率選擇性。但是，由于現(xiàn)有太赫茲頻段吸波體的吸收峰數(shù)量不超過2個，少于很多材料在太赫茲頻段的特征吸收峰數(shù)量，因此不利于對材料進行高靈敏度的光譜探測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，其能夠有效增加太赫茲頻段吸波體的吸收峰數(shù)量，并可通過改變吸波體的結(jié)構(gòu)參數(shù)實現(xiàn)對各個吸收峰位置的精確調(diào)控。為解決上述問題，本發(fā)明所設(shè)計的一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，包括至少4個呈矩陣排列的吸波體單元，其中每個吸波體單元均主要由含硅基體、金屬層、介質(zhì)體、金屬十字叉和空心田字框組成。金屬層的上下表面分別與介質(zhì)體的下表面和含娃基體的上表面相貼，其中介質(zhì)體位于金屬層的正上方、含娃基體位于金屬層的正下方?？招奶镒挚蛩劫N附于介質(zhì)體的上表面，金屬十字叉則水平嵌設(shè)在介質(zhì)體的中部，空心田字框所處平面與金屬十字叉所處平面相平行。金屬十字叉的幾何中心與空心田字框的幾何中心重合，而且構(gòu)成金屬十字叉的2條金屬條的中心軸線與構(gòu)成空心田字框的內(nèi)部4條金屬叉齒的中心軸線重合。上述方案中，金屬層、金屬十字叉和空心田字框最好由金屬材料制成。上述方案中，金屬層、金屬十字叉和空心田字框的厚度最好介于0. I 1.0微米之間。上述方案中，介質(zhì)體最好由聚合物或者氧化物制成。上述方案中，金屬層與金屬十字叉之間的距離、以及空心田字框與金屬十字叉之間的距離最好介于0. 2 10微米之間。 上述方案中，每個吸波體單元的橫剖面均為正方形。
上述方案中,矩陣的邊長最好大于入射太赫茲波束的I. 3倍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點I、采用空心田字框、金屬十字叉、金屬底板和兩層介質(zhì)構(gòu)成太赫茲頻段可調(diào)多帶吸收體的核心部分，上述結(jié)構(gòu)能夠使得太赫茲探測器的吸收峰數(shù)增加；2、可根據(jù)使用需求靈活改變空心田字框和金屬十字叉的幾何參數(shù)，即可通過改變空心田字框和金屬十字叉的線條長度和寬度，以實現(xiàn)每個吸收峰位置精確調(diào)控；
3、本發(fā)明在太赫茲生物傳感、熱探測器和高靈敏度光譜探測領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價值。


圖I為吸波體單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為吸波體單元結(jié)構(gòu)中金屬十字叉的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為吸波體單元結(jié)構(gòu)中空心田字框的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為2X2個吸波體單元組成的二維陣列式太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體的頂視圖；圖中標(biāo)不1、娃基體；2、金屬層；3、介質(zhì)體；4、金屬十字叉；4_1、金屬條；5、空心田字框；5_1、金屬叉齒；5_2、金屬框條。
具體實施例方式一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體如圖I所示，其包括至少4個呈矩陣排列的吸波體單元。其中每個吸波體單元均主要由含硅基體I、金屬層2、介質(zhì)體3、金屬十字叉4和空心田字框5組成。金屬層2的上下表面分別與介質(zhì)體3的下表面和含娃基體I的上表面相貼，其中介質(zhì)體3位于金屬層2的正上方、含娃基體I位于金屬層2的正下方。空心田字框5水平貼附于介質(zhì)體3的上表面，金屬十字叉4則水平嵌設(shè)在介質(zhì)體3的中部，空心田字框5所處平面與金屬十字叉4所處平面相平行。即金屬十字叉4將介質(zhì)體3分割為2層介質(zhì)層，每個吸波體單兀自下而上依次為娃基底、位于娃基底之上的金屬層2、位于金屬層2之上的第一介質(zhì)層、位于第一介質(zhì)層之上的金屬十字叉4、位于金屬十字叉4之上的第二介質(zhì)層、位于第二介質(zhì)層之上的空心田字框5。金屬十字叉4的幾何中心與空心田字框5的幾何中心重合，而且構(gòu)成金屬十字叉4的2條金屬條4-1的中心軸線與構(gòu)成空心田字框5的內(nèi)部4條金屬叉齒5-1的中心軸線重合。上述每個吸波體單元的橫剖面均為正方形。上述含硅基體I和介質(zhì)體3均呈立方體狀，介質(zhì)體3疊放在含硅基體I上方，兩者之間通過金屬層2相隔。含硅基體I作為吸波體單元的基座。介質(zhì)體3則由聚合物或者氧化物制成，其主要目的是實現(xiàn)金屬層2、金屬十字叉4、以及空心田字框5的相互隔離，同時對太赫茲波產(chǎn)生一定的吸收。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，含娃基體I和介質(zhì)體3均為上下底面為正方形的立方體，此時，金屬層2為正方形平面。在本發(fā)明中，金屬層2與金屬十字叉4之間的距離即第一介質(zhì)層的厚度、以及空心田字框5與金屬十字叉4之間的距離即第二介質(zhì)層的厚度均介于0. 2 10微米之間。上述金屬層2、金屬十字叉4和空心田字框5采用金、銅或鋁等金屬材料制成，在具體的選擇上，3者可以選用相同的金屬材料制成，也可以選擇不同的金屬材料制成。金屬層2、金屬十字叉4和空心田字框5均呈扁片狀。其中金屬層2為一個與含硅基體I的上表面及介質(zhì)體3下表面的形狀和大小相同的平面。金屬十字叉4是由2長條狀的金屬條4-1十字相交而成。參見圖2?？招奶镒挚?則是由一個口字形的金屬框條5-2,以及設(shè)置在金屬框條5-2內(nèi)部的4條金屬叉齒5-1組成。4條金屬叉齒5-1的其中一端分別連接在金屬框條5-2的4條邊上,另一端則指向金屬框條5-2的中心處。4條金屬叉齒5-1在金屬框條5-2內(nèi)部兩兩相對但不相接，構(gòu)成一個中空的十字形。參見圖3。在本發(fā)明中，金屬層2、金屬十字叉4和空心田字框5的厚度均為0. I I. O微米。在本發(fā)明中，金屬十字叉4和空心田字框5的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定了吸波體單元的具體性能，通過改變金屬十字叉4的長度和寬度、空心田字框5金屬框條5-2的長度和寬度、以 及空心田字框5內(nèi)部4條金屬叉齒5-1的長度和寬度，可以精確調(diào)控各個吸收峰的位置。在本發(fā)明中，所述金屬十字叉4的2條金屬條4-1的長度相等，即為正方形十字架；空心田字框5的長邊與短邊相等，即為正方形的田字形。上述金屬十字叉4的外接正方形和空心田字框5的外接正方形的面積小于金屬層2的面積。在本發(fā)明中，所述金屬十字叉4的2條金屬條4-1以及空心田字框5的金屬框條5-2的線條寬度為2 12微米?？招奶镒挚?的4條金屬叉齒5-1的線條寬度為3 30微米。所述金屬十字叉4的2條金屬條4-1的線條長度為30 500微米。所述的空心田字框5的金屬框條5-2的邊長為30 500微米；空心田字框5內(nèi)部的4條金屬叉齒5_1的長度為10 200微米。為了保證本發(fā)明的二維特性即XY軸的方向性，多個吸波體單元可以并排成mXn的矩陣，上述m和n的取值可以相等也可以不相等。但為了獲得正方形的太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，所述太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體有NXN個吸波體單元組成，且這些吸波體單元相互之間呈NXN矩陣排列。上述N的取值相同，即組成正方形的矩陣。組成的陣列邊長由實際入射的太赫茲波束直徑來決定，通常陣列邊長大于入射太赫茲波束直徑的I. 3倍。參見圖4。下面以單元尺寸為76 mX 76 m的正方形太赫茲可調(diào)多帶吸波體為例，結(jié)合附圖對本發(fā)明作具體描述。每個吸收體單兀最底層的含娃基底的橫截面尺寸為76 ii mX76 ii m。位于娃基底之上的金屬層2,其橫截面尺寸也為76 u mX76m。位于金屬層2之上的第一介質(zhì)層,其橫截面尺寸也為76 ^mX 76 ym。位于第一介質(zhì)層之上的金屬十字叉4。位于金屬十字叉4之上的第二介質(zhì)層，其橫截面尺寸也為76iimX76iim。位于介質(zhì)層之上的空心田字框5。吸波體單元結(jié)構(gòu)示意圖如附圖I所示，金屬十字叉4結(jié)構(gòu)如圖2所示，空心田字框5結(jié)構(gòu)如圖3所
/Jn o其中，金屬十字叉4的幾何中心與空心田字框5的幾何中心重合，而且金屬十字叉4的兩金屬條4-1的中心軸線與空心田字框5內(nèi)部的四條金屬叉齒5-1的中心軸線重合。金屬層2、金屬十字叉4和空心田字框5的材料都為金，介質(zhì)體3的材料都是聚合物。金屬層2、金屬十字叉4和空心田字框5的厚度都為0. 2微米，第一介質(zhì)層厚度為2. 4微米，第二介質(zhì)層的厚度為4. 2微米。金屬十字叉4的2條金屬條4-1的線條寬度均為14微米，長度均為58微米?？招奶镒挚?的金屬框條5-2的線條寬度為5微米，金屬框條5-2的4條邊長均為58微米?？招奶镒挚?內(nèi)部四條金屬叉齒5-1的長度為17微米，寬度為4微米。通過改變金屬十字叉4的長度和寬度、空心田字框5的長度和線寬度、以及空心田字框5內(nèi)部四體叉齒的長度和寬度，可以精確調(diào)控各個吸收峰的位置。以上是一個單元的情況，實際應(yīng)用中需要由此單元組成二維陣列結(jié)構(gòu)，在本實施例中，采用4個吸波體單元構(gòu)成2X2 二維陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，參見圖
4。組成的陣列邊 長由實際入射的太赫茲波束直徑來決定，通常陣列邊長大于入射太赫茲波束直徑的I. 3倍。
權(quán)利要求
1.一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，其特征在于包括至少4個呈矩陣排列的吸波體單元，其中每個吸波體單元均主要由含硅基體(I)、金屬層(2)、介質(zhì)體(3)、金屬十字叉(4)和空心田字框(5)組成； 金屬層(2)的上下表面分別與介質(zhì)體(3)的下表面和含娃基體(I)的上表面相貼,其中介質(zhì)體(3)位于金屬層(2)的正上方、含硅基體(I)位于金屬層(2)的正下方； 空心田字框(5)水平貼附于介質(zhì)體(3)的上表面，金屬十字叉(4)則水平嵌設(shè)在介質(zhì)體(3)的中部，空心田字框(5)所處平面與金屬十字叉(4)所處平面相平行； 金屬十字叉(4)的幾何中心與空心田字框(5)的幾何中心重合，而且構(gòu)成金屬十字叉(4)的2條金屬條(4-1)的中心軸線與構(gòu)成空心田字框(5)的內(nèi)部4條金屬叉齒(5-1)的中心軸線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，其特征在于金屬層(2)、金屬十字叉(4)和空心田字框(5)由金屬材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，其特征在于金屬層(2)、金屬十字叉(4)和空心田字框(5)的厚度均為0. I I. O微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，其特征在于介質(zhì)體(3)由聚合物或者氧化物制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，其特征在于金屬層(2)與金屬十字叉⑷之間的距離、以及空心田字框(5)與金屬十字叉⑷之間的距離均介于0.2 10微米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，其特征在于每個吸波體單元的橫剖面均為正方形。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，其特征在于矩陣的邊長大于入射太赫茲波束的I. 3倍。
全文摘要
本發(fā)明公開一種太赫茲頻段可調(diào)多帶吸波體，包括至少4個呈矩陣排列的吸波體單元，其中每個吸波體單元均主要由含硅基體、金屬層、介質(zhì)體、金屬十字叉和空心田字框組成。金屬層的上下表面分別與介質(zhì)體的下表面和含硅基體的上表面相貼。空心田字框水平貼附于介質(zhì)體的上表面，金屬十字叉則水平嵌設(shè)在介質(zhì)體的中部，空心田字框所處平面與金屬十字叉所處平面相平行。金屬十字叉的幾何中心與空心田字框的幾何中心重合，而且構(gòu)成金屬十字叉的2條金屬條的中心軸線與構(gòu)成空心田字框的內(nèi)部4條金屬叉齒的中心軸線重合。本發(fā)明能夠有效提高吸收峰數(shù)量，并可對各個吸收峰位置的精確調(diào)控。
文檔編號G01J3/02GK102620824SQ20121011077
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者張文濤, 彭智勇, 李智, 熊顯名, 牛軍浩, 胡放榮 申請人:桂林電子科技大學(xué)