本發(fā)明涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強吸收寬帶太赫茲吸收體。

背景技術(shù)：

太赫茲(thz)波是指位于電磁波譜中的微波與紅外之間，頻率在0.1-10thz之間的電磁波。由于thz波處在特殊的波譜范圍，具有許多優(yōu)越的電磁特性。為此，隨著近年來thz輻射源和探測技術(shù)的發(fā)展，thz波的應(yīng)用得到迅猛發(fā)展，在國防安檢、無線通信、生物檢測、雷達(dá)成像以及遙感等方面得到廣泛應(yīng)用。然而，阻礙thz技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一是thz功能器件還比較落后，為此，研發(fā)新型的thz功能器件已經(jīng)成為thz技術(shù)領(lǐng)域中的一個熱點問題。

thz人工電磁超材料的出現(xiàn)為設(shè)計thz功能器件提供了一種新的方法和思路，被認(rèn)為是填補“太赫茲空隙”的最佳候選材料之一。電磁超材料是指一些具有人造結(jié)構(gòu)的周期性結(jié)構(gòu)材料，它呈現(xiàn)出自然材料所不具備的超常物理性質(zhì)，從而能夠?qū)hz波進(jìn)行調(diào)控，為該波段的器件研究提供了一種可行的方法。研究發(fā)現(xiàn)，太赫茲電磁超材料在其共振頻率處可以發(fā)生強烈吸收，這為探索太赫茲探測器提供了新的有效途徑。目前太赫茲超材料吸收體仍存在吸收率較低，帶寬較窄等不足，為此，我們提出了一種強吸收寬帶太赫茲吸收體的設(shè)計方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有太赫茲吸收體吸收率低、帶寬窄等技術(shù)不足，提出了一種強吸收寬帶太赫茲吸收體。吸收體周期單元結(jié)構(gòu)呈長方體結(jié)構(gòu)，橫截面為正方形。吸收層周期單元由金屬層、介質(zhì)層和硅基底層組成。其中金屬層包括回字形金屬結(jié)構(gòu)層、方形金屬結(jié)構(gòu)層和金屬平板層，介質(zhì)層包括介質(zhì)平板層1和介質(zhì)平板層2?；刈中谓饘俳Y(jié)構(gòu)層和方形金屬結(jié)構(gòu)層分別是由4個具有不同中心位置，不同尺寸的離散回字形結(jié)構(gòu)和方形結(jié)構(gòu)組成。本發(fā)明通過對不同諧振頻率的回字形金屬結(jié)構(gòu)和方形金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向、縱向疊加，得到了一種強吸收率的寬帶太赫茲吸收體。

上述方案中，金屬層結(jié)構(gòu)是由金屬金材料制成，包括回字形金屬結(jié)構(gòu)、方形金屬結(jié)構(gòu)和金屬平板層。

上述方案中，金屬層結(jié)構(gòu)的厚度為200nm，包括回字形金屬結(jié)構(gòu)、方形金屬結(jié)構(gòu)和金屬平板層。

上述方案中，介質(zhì)層是由聚酰亞胺制成。

上述方案中，介質(zhì)平板層1的厚度為3.5μm，介質(zhì)平板層2的厚度為4.4μm。

上述方案中，吸收體周期單元中方形金屬結(jié)構(gòu)，金屬平板層，介質(zhì)體和硅基底層的橫截面都是正方形。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明有如下特點：

1、采用相同金屬結(jié)構(gòu)橫向疊加、不同金屬結(jié)構(gòu)縱向疊加的方法，拓展了吸收帶寬，吸收帶寬達(dá)到0.28thz；

2、通過多個金屬結(jié)構(gòu)的相互疊加，提高了吸收體的吸收率，吸收率可達(dá)90％以上；

3、可通過改變方形金屬結(jié)構(gòu)和回字形金屬結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，來調(diào)控吸收帶寬中心頻率的位置；

4、本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，易于集成等優(yōu)點，在太赫茲探測領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為吸收體周期單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為回字形金屬結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為方形金屬結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為太赫茲寬帶吸收體的吸收譜線。

圖中標(biāo)示：1、回字形金屬結(jié)構(gòu)；2、介質(zhì)平板層1；3、方形金屬結(jié)構(gòu)；4、介質(zhì)平板層2；5、金屬平板層；6、硅基底層；7、8、9、10分別為回字形金屬結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)；11、12、13、14分別為方形金屬結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

如圖1所示，吸收體周期單元結(jié)構(gòu)呈長方體結(jié)構(gòu)，橫截面為正方形。吸收體周期單元由金屬層、介質(zhì)層和硅基底層組成。其中金屬層包括回字形金屬結(jié)構(gòu)層、方形金屬結(jié)構(gòu)層和金屬平板層，介質(zhì)層包括介質(zhì)平板層1和介質(zhì)平板層2?；刈中谓饘俳Y(jié)構(gòu)層和方形金屬結(jié)構(gòu)層分別是由4個具有不同中心位置，不同尺寸的離散回字形結(jié)構(gòu)和方形結(jié)構(gòu)組成。

在吸收體周期單元結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層、金屬平板層和硅基底層的橫截面均為160μm×160μm的正方形，且它們的幾何中心重合。

在吸收體周期單元結(jié)構(gòu)中，硅基底層的厚度為10μm。

在吸收體周期單元結(jié)構(gòu)中，回字形金屬結(jié)構(gòu)、方形金屬結(jié)構(gòu)和金屬層的材料都是貴金屬金，厚度為200nm。介質(zhì)層材料為聚酰亞胺，其中，介質(zhì)平板層1的厚度為3.5μm，介質(zhì)平板層2的厚度為4.4μm。

在吸收體周期單元結(jié)構(gòu)中，如圖2所示，回字形金屬結(jié)構(gòu)中四個結(jié)構(gòu)7、8、9、10的回字形外側(cè)邊長依次為：40.9μm、38.8μm、38.7μm、37.2μm，內(nèi)側(cè)邊長尺寸都為20μm。如圖3所示，方形金屬結(jié)構(gòu)中四個結(jié)構(gòu)11、12、13、14的尺寸依次為50μm、48.4μm、46.8μm、45.4μm。

圖4顯示了太赫茲吸收體的吸收譜線，其中橫坐標(biāo)為頻率，單位為thz，縱坐標(biāo)為吸收率。從圖中可以看出，在1thz～2thz范圍之內(nèi)太赫茲頻段出現(xiàn)了多個吸收峰，吸收峰的吸收率可達(dá)90％以上，中心頻率為1.53thz，吸收帶寬為0.28thz。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種強吸收寬帶太赫茲吸收體，吸收體周期單元結(jié)構(gòu)呈長方體結(jié)構(gòu)，橫截面為正方形。吸收體周期單元由金屬層、介質(zhì)層和硅基底層組成。其中金屬層包括回字形金屬結(jié)構(gòu)層、方形金屬結(jié)構(gòu)層和金屬平板層，介質(zhì)層包括介質(zhì)平板層1和介質(zhì)平板層2。方形金屬結(jié)構(gòu)層和回字形金屬結(jié)構(gòu)層分別是由4個具有不同中心位置，不同尺寸的離散方形結(jié)構(gòu)和回字形結(jié)構(gòu)組成。本發(fā)明通過對不同諧振頻率的方形金屬結(jié)構(gòu)和回字形金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向、縱向疊加，得到了一種高吸收率的寬帶太赫茲吸收體。

技術(shù)研發(fā)人員：白晉軍;葛梅蘭;孫曉東;常勝江;李吉寧;范飛;李珊珊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.30
技術(shù)公布日：2017.10.24