一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，屬于超材料及電磁功能技術(shù)領(lǐng)域中的太赫茲吸收器，其目的在于：包括上層圖形化功能材料層、中間介質(zhì)層和下層金屬反射層；上層圖形化功能材料層由超材料單元結(jié)構(gòu)排列而成，超材料單元結(jié)構(gòu)包括圓環(huán)結(jié)構(gòu)，圓環(huán)結(jié)構(gòu)上開設(shè)有4個(gè)平行開口，圓環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有十字臂，十字臂的四條連接臂與圓環(huán)結(jié)構(gòu)的四組圓弧段連接；超材料單元結(jié)構(gòu)陣列的晶格周期a為10um至100um，每個(gè)超材料單元結(jié)構(gòu)的線寬m為0.5um至10um，連接臂的臂長x為3um至50um，平行開口的寬度d為0.5um至50um。本發(fā)明無需通過采用工序復(fù)雜、工藝難度高、制備成本高的方式來實(shí)現(xiàn)太赫茲吸收頻帶展寬的目的。
【專利說明】
一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于超材料及電磁功能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太赫茲吸收器。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(THz，I THz=112Hz)輻射或太赫茲波通常指頻率在0.1THz至1THz之間的電磁波，在電磁波譜中位于微波和紅外光波之間，是電磁波譜中有待進(jìn)行全面研究和深入挖掘的最后一個(gè)頻率窗口。近年來，隨著太赫茲源和探測(cè)技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，太赫茲技術(shù)在物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥、通信等領(lǐng)域顯示出巨大的科研價(jià)值和應(yīng)用前景。然而，要利用好一種頻譜資源，輻射源、功能器件和探測(cè)器構(gòu)成的有機(jī)整體應(yīng)當(dāng)?shù)玫饺娴陌l(fā)展。由于傳統(tǒng)基于光學(xué)和電子學(xué)方法的類似器件在太赫茲波段都不太適用，以及大多數(shù)常規(guī)材料對(duì)太赫茲波的操控性能極為有限，目前適用于太赫茲頻段的功能器件(如吸收器、調(diào)制器、濾波器、開關(guān)、起偏器等)仍非常匱乏，這大大限制了太赫茲技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。近幾年，國內(nèi)外對(duì)人工電磁超材料的廣泛研究為研制高性能太赫茲功能器件開辟了一條行之有效的技術(shù)途徑。人工電磁超材料(簡稱超材料)是指具有天然常規(guī)材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人造周期性結(jié)構(gòu)材料，可以通過設(shè)計(jì)特定單元結(jié)構(gòu)來控制其電磁屬性，使其能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)折射率、完美透鏡等奇特性質(zhì)以及對(duì)太赫茲波產(chǎn)生強(qiáng)烈響應(yīng)或操控作用。迄今為止，人們已將多種太赫茲功能材料與超材料器件結(jié)構(gòu)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太赫茲波不同的操控效果，積累了不少研究成果和可供借鑒的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，而隨著新型功能材料的不斷發(fā)掘、超材料結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，高性能太赫茲功能器件仍有很大的發(fā)展空間。
[0003]如申請(qǐng)?zhí)枮?01310419542.8的發(fā)明專利申請(qǐng)就公開了一種多層超材料單元結(jié)構(gòu)的性能調(diào)控方法，其由上至下依次為表層金屬、上層介質(zhì)、中間層金屬、下層介質(zhì)、底層金屬。表層及中間層金屬由尺寸不同的金屬環(huán)所組成，且這兩層金屬環(huán)之間同時(shí)存在重疊區(qū)域與未重疊區(qū)域，結(jié)構(gòu)的底層金屬為連續(xù)的金屬膜。此外，附圖4就公開了多種可代替其表層金屬及中間層金屬的金屬圖形。然而，從附圖3、圖5、圖7可以看出，該吸收器吸收率在90%以上的頻帶寬度大致為0.1ΤΗζ(頻段為2.3THz至2.4THz)，這種超材料吸收器通常工作在這單一頻段，且吸收頻帶較窄，嚴(yán)重限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。
[0004]此外，申請(qǐng)?zhí)?01410560036.5的發(fā)明專利申請(qǐng)也公開了一種基于L型結(jié)構(gòu)的寬帶太赫茲超材料吸收器，該太赫茲超材料吸收器包括金屬反射層、介質(zhì)層和金屬圖案層，所述金屬反射層為一層連續(xù)的金屬薄膜，其厚度大于工作太赫茲波的趨膚深度;介質(zhì)層位于金屬反射層和金屬圖案層之間，為二氧化硅薄膜;金屬圖案層由呈L型的單元超材料結(jié)構(gòu)周期性排列而成，且每個(gè)L型單元超材料結(jié)構(gòu)均由相互垂直的水平臂和垂直臂連接而成。該太赫茲超材料吸收器經(jīng)過CST Microwave Stud1 2013電磁仿真軟件中的頻域算法模擬計(jì)算，在垂直入射IE波情況下，該吸收器吸收率在90%以上的頻帶寬度可達(dá)1.4THz(頻段為2.8THz至4.2THz)，但該頻帶寬度仍顯得較小，仍具有較大的展寬空間。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，基于超材料的太赫茲吸收器的工作頻段往往受限于器件結(jié)構(gòu)，吸收器的器件結(jié)構(gòu)往往就能決定該吸收器的諧振帶寬。由于大多數(shù)超材料器件的諧振峰相對(duì)獨(dú)立、相互分開，因此單峰諧振對(duì)應(yīng)的吸收帶寬狹窄；而現(xiàn)有技術(shù)一般是通過漸變單元結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)堆疊或多種結(jié)構(gòu)復(fù)合等方式達(dá)到諧振頻帶展寬目的，上述展寬的方式在工藝實(shí)現(xiàn)上難度較大，工序復(fù)雜，制備成本高，使吸收器的推廣受到限制。此外，現(xiàn)有技術(shù)中，太赫茲吸收器通常使用金、銀等高電導(dǎo)率的金屬材料，金、銀等高電導(dǎo)率的金屬材料的大范圍使用嚴(yán)重限制了將其他材料應(yīng)用于太赫茲吸收器中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，通過優(yōu)化超材料單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、尺寸，從而在采用三層結(jié)構(gòu)堆疊的情況下大幅提高吸收器吸收率在90%以上的頻帶寬度，無需采用工序復(fù)雜、工藝難度高、制備成本高的方式來實(shí)現(xiàn)太赫茲吸收頻帶展寬的目的，促進(jìn)寬頻帶太赫茲超材料吸收器在實(shí)際中的應(yīng)用以及提高其應(yīng)用效率，從而制備工藝易于實(shí)現(xiàn)，制備成本降低。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，包括依次設(shè)置的上層圖形化功能材料層、中間介質(zhì)層和下層金屬反射層;所述上層圖形化功能材料層由超材料單元結(jié)構(gòu)排列而成，所述超材料單元結(jié)構(gòu)包括圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述圓環(huán)結(jié)構(gòu)上沿圓環(huán)結(jié)構(gòu)的周向均勻開設(shè)有4個(gè)平行開口，所述圓環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有十字臂，所述十字臂的四條連接臂一一對(duì)應(yīng)與圓環(huán)結(jié)構(gòu)的四組圓弧段的中部連接；所述超材料單元結(jié)構(gòu)陣列的晶格周期a為1um至I OOum，每個(gè)超材料單元結(jié)構(gòu)的線寬m為0.5um至I Oum，所述連接臂的臂長x為3um至50um，所述平行開口的寬度d為0.5um至50umo
[0008]其中，所述上層圖形化功能材料層的厚度為0.05um至20um，且上層圖形化功能材料層的電導(dǎo)率大于103S/m。
[0009]其中，所述上層圖形化功能材料層的材料為金屬相二氧化釩或石墨。
[00?0]其中，所述中間介質(zhì)層的厚度為0.1um至20um，且中間介質(zhì)層的介電常數(shù)大于2的電介質(zhì)。
[0011]其中，所述中間介質(zhì)層的材料為二氧化硅或聚酰亞胺。
[0012]其中，所述下層金屬反射層為由高電導(dǎo)率的金屬材料制成的連續(xù)金屬薄膜，所述下層金屬反射層的厚度為0.05um至Ium0
[0013]其中，所述下層金屬反射層的厚度大于太赫茲波的對(duì)于下層金屬反射層的趨膚深度δ_，的計(jì)算公式為:δ_=ΟυΤΗζ.σ:^)-1/2，其中，υΤΗζ*太赫茲波頻率，■為金屬磁導(dǎo)率，(??為金屬電導(dǎo)率。
[0014]其中，所述高電導(dǎo)率的金屬材料為金、銀、銅或鋁。
[0015]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明中，該吸收器的上層圖形化功能材料層由超材料單元結(jié)構(gòu)排列而成，且該超材料單元結(jié)構(gòu)由圓環(huán)結(jié)構(gòu)和十字臂組成特殊結(jié)構(gòu);在采用了上述特殊解結(jié)構(gòu)超材料單元的吸收器進(jìn)行工作時(shí)，當(dāng)上層圖形化功能材料層的電導(dǎo)率達(dá)到2.7 X 15 S/m時(shí)，該電場(chǎng)主要集中在相鄰兩個(gè)超材料單元結(jié)構(gòu)上下邊緣之間，并在上下邊緣和底層材料之間形成電流回路，表現(xiàn)為超材料單元結(jié)構(gòu)之間的LC諧振特征;在某一頻率處的電場(chǎng)主要分布在超材料單元結(jié)構(gòu)的開口縫隙處，電流在四個(gè)扇形的圓弧段內(nèi)形成回路，表現(xiàn)為超材料單元結(jié)構(gòu)內(nèi)部的LC諧振特征；從而在頻率1.71THz和3.SlTHz位置處或附近位置出現(xiàn)明顯的吸收峰特性，兩個(gè)吸收峰疊加形成寬頻吸收帶，吸收率峰值可達(dá)到99.99%，吸收器吸收率在90%以上的頻帶寬度可達(dá)2.1THz，因而在采用三層結(jié)構(gòu)堆疊的情況下大幅提高吸收器吸收率在90%以上的頻帶寬度，且只需采用現(xiàn)有的三層結(jié)構(gòu)堆疊的工藝制備即可，無需采用其它工序復(fù)雜、工藝難度高、制備成本高的方式里實(shí)現(xiàn)太赫茲吸收頻帶展寬的目的，促進(jìn)寬頻帶太赫茲超材料吸收器在實(shí)際中的應(yīng)用以及提高其應(yīng)用效率，從而制備工藝易于實(shí)現(xiàn)，制備成本降低。
[0016]2、本發(fā)明中，上層圖形化功能材料層的材料為金屬相二氧化釩或石墨，當(dāng)二氧化釩薄膜電導(dǎo)率達(dá)到2.7X 15 S/m時(shí)，二氧化釩薄膜完成半導(dǎo)體-金屬相變成為金屬相，相變過程中二氧化釩薄膜的電導(dǎo)率能夠發(fā)生四個(gè)數(shù)量級(jí)的突變，由?10S/m變化到?15 S/m，二氧化釩薄膜在相變過程引起了吸收器的阻抗發(fā)生變化，當(dāng)特定頻率的吸收器阻抗與自由空間阻抗達(dá)到匹配時(shí)，該頻率的太赫茲波最大限度地進(jìn)入到吸收器內(nèi)壁，與吸收器產(chǎn)生諧振，使吸收器對(duì)太赫茲波的吸收損耗達(dá)到最大；當(dāng)電導(dǎo)率變?yōu)?.7 X 15 S/m時(shí)，1.71THz和3.SlTHz寬頻段范圍內(nèi)，吸收器阻抗與與自由空間阻抗達(dá)到良好匹配，相應(yīng)的太赫茲波吸收率高，反射率低，且在頻率1.71THz和3.81THz處吸收器對(duì)太赫茲波的吸收率能達(dá)到99.9%，吸收效率超過97%的頻率帶寬約為1.54THz，相對(duì)于半導(dǎo)體調(diào)制幅度增大了90%;若用金取代二氧化釩，結(jié)構(gòu)不變，吸收器對(duì)太赫茲波的吸收強(qiáng)度大大減小，這與以往大多數(shù)圖形化金膜超材料產(chǎn)生的強(qiáng)吸收效果顯著不同，因而電導(dǎo)率相對(duì)較低的二氧化釩等功能材料更適合于該結(jié)構(gòu)的吸收，大大拓寬了吸收器對(duì)圖形化材料的選擇面，促進(jìn)二氧化釩等電導(dǎo)率相對(duì)較低的功能材料的應(yīng)用與發(fā)展。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)的陣列示意圖；
圖2為本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的超材料單元結(jié)構(gòu)的主視圖；
圖4為本發(fā)明中上層圖形化功能材料層的材料選用金屬相二氧化釩時(shí)的數(shù)值仿真吸收率圖；
圖5為實(shí)施例一中頻率在1.7ITHz處超材料單元結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布；
圖6為實(shí)施例一中頻率在1.7ITHz處超材料單元結(jié)構(gòu)的XY面的電流密度分布；
圖7為實(shí)施例一中頻率在1.7ITHz處超材料單元結(jié)構(gòu)的ZY面的電流密度分布；
從圖5、6、7可看出，該電場(chǎng)主要集中在相鄰兩個(gè)超材料單元結(jié)構(gòu)上下邊緣之間，且上下邊緣與底層材料之間形成電流回路，表現(xiàn)為超材料單元結(jié)構(gòu)之間的LC諧振特征；
圖8為實(shí)施例一中頻率在3.8 ITHz處超材料單元結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布；
圖9為實(shí)施例一中頻率在3.8 ITHz處超材料單元結(jié)構(gòu)的XY面的電流密度分布；
從圖8、9可以看出，該電場(chǎng)主要分布在超材料單元結(jié)構(gòu)的開口縫隙處，電流在四個(gè)扇形的圓弧段內(nèi)形成回路，表現(xiàn)為超材料單元結(jié)構(gòu)內(nèi)部的LC諧振特征；
圖10為實(shí)施例一中在不同平行開口寬度d值情況下吸收器的太赫茲波吸收譜；
從圖10可見，開口寬度d的減小使得等效電容C增大，并導(dǎo)致諧振頻率減小，吸收帶寬縮窄；
圖11為實(shí)施例一中在不同晶格周期a值情況下吸收器的太赫茲波吸收譜； 從圖11可以看出，隨著超材料單元結(jié)構(gòu)晶格周期的增大，低頻處的諧振頻率逐漸右移，高頻處的諧振頻率變化較小，這主要是因?yàn)槌牧蠁卧Y(jié)構(gòu)晶格周期的增大使得相鄰兩個(gè)超材料單元結(jié)構(gòu)之間的等效電容變小，超材料單元結(jié)構(gòu)之間的LC諧振頻率增大，使得吸收率帶寬縮窄；
圖12為本發(fā)明中上層圖形化功能材料層的材料選用石墨時(shí)的數(shù)值仿真吸收率圖；
其中，附圖標(biāo)記為:I一上層圖形化功能材料層、2—中間介質(zhì)層、3—下層金屬反射層、11一圓弧段、12—十字臂、13—平行開口、14一連接臂。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]—種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，該吸收器包括上層圖形化功能材料層1、中間介質(zhì)層2和下層金屬反射層3，其中中間介質(zhì)層2位于上層圖形化功能材料層1、下層金屬反射層3之間。
[0021]該上層圖形化功能材料層I是由若干的超材料單元結(jié)構(gòu)陣列排列而成的，且超材料單元結(jié)構(gòu)陣列的晶格周期a為1um至lOOum。該超材料單元結(jié)構(gòu)為一種特殊的單元結(jié)構(gòu)，超材料單元結(jié)構(gòu)包括圓環(huán)結(jié)構(gòu)和十字臂12，該十字臂12位于圓環(huán)結(jié)構(gòu)形成“θ”型結(jié)構(gòu)。該圓環(huán)結(jié)構(gòu)上還開設(shè)有四組平行開口 13，四組平行開口 13均勻地沿圓環(huán)結(jié)構(gòu)的周向分布，且每組平行開口 13的兩側(cè)面均相互平行；四組平行開口 13將圓環(huán)結(jié)構(gòu)分割為四組扇形結(jié)構(gòu)的圓弧段U。該十字臂12包括四條連接臂14，四條連接臂14以相互夾角90°的方式周向設(shè)置，且四條連接臂14均連接于同一點(diǎn)形成十字形結(jié)構(gòu)的十字臂12。該四條連接臂14的連接點(diǎn)與圓環(huán)結(jié)構(gòu)的圓心重疊，每一條連接臂14的另一端與對(duì)應(yīng)位置處的圓弧段11的中部位置連接，因而四條連接臂14與四組圓弧段11一一對(duì)應(yīng)連接。每個(gè)超材料單元結(jié)構(gòu)的線寬m為0.5um至10um，每條連接臂14的臂長1為311111至50111]1，每個(gè)平行開口 13的寬度d為0.5um至50umo
[0022]該上層圖形化功能材料層I的厚度為0.05um至20um，且上層圖形化功能材料層I的材料不局限于金、銀、銅或鋁等高電導(dǎo)率金屬，只需該上層圖形化功能材料層I的電導(dǎo)率大于103S/m即可。作為優(yōu)選，上層圖形化功能材料層I的材料為金屬相二氧化釩或石墨。
[0023]該中間介質(zhì)層2的厚度h為0.1um至20um，且中間介質(zhì)層2的介電常數(shù)大于2的電介質(zhì)。作為優(yōu)選，中間介質(zhì)層2的材料為二氧化硅或聚酰亞胺。
[0024]該下層金屬反射層3為由高電導(dǎo)率的金屬材料制成的連續(xù)金屬薄膜，且下層金屬反射層3的厚度為0.05um至lum。作為優(yōu)選，該高電導(dǎo)率的金屬材料為金、銀、銅或鋁。
[0025]為了獲得對(duì)太赫茲波的最大吸收，通過設(shè)計(jì)和優(yōu)化超材料單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、尺寸等參數(shù)，在特定頻段處使得超材料的阻抗與自由空間的阻抗相匹配，此時(shí)入射電磁波在超材料表面的反射率極小，若此時(shí)底層鍍一層足夠厚的金屬薄膜，使透射率變?yōu)镺，那么太赫茲波將最大限度地進(jìn)入到吸收器內(nèi)部被吸收損耗。為了使太赫茲波透射率為0，將下層金屬反射層3的厚度設(shè)計(jì)為大于太赫茲波的對(duì)于下層金屬反射層3的趨膚深度δ_，δ_的計(jì)算公式為:δ_=ΟυΤΗζ.σ^ι)-1/2，其中，υΤΗζ*太赫茲波頻率，■為金屬磁導(dǎo)率，為金屬電導(dǎo)率。
[0026]實(shí)施例1
一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，該吸收器包括上層圖形化功能材料層1、中間介質(zhì)層2和下層金屬反射層3。其中上層圖形化功能材料層I采用金屬相二氧化釩作為材料，上層圖形化功能材料層I電導(dǎo)率為2.7Χ 15 S/m，上層圖形化功能材料層I的厚度為0.3um。上層圖形化功能材料層I的超材料單元結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為:連接臂14的臂長X為7.5um，超材料單元結(jié)構(gòu)的線寬m為3um，平行開口 13的寬度d為5um ；超材料單元結(jié)構(gòu)陣列的晶格周期a為29um。中間介質(zhì)層2采用厚度h為13um的聚酰亞胺;下層金屬反射層3采用電導(dǎo)率為4.5 X 107S/m、厚度為0.3um(0.1THz的趨膚深度為0.23um)的連續(xù)金膜。
[0027]將該實(shí)施例中的吸收器結(jié)構(gòu)經(jīng)商業(yè)軟件CST Microwave Stud1 2014頻域求解器對(duì)其太赫茲波的吸收率進(jìn)行仿真計(jì)算，太赫茲波垂直入射超材料吸收器表面，相互垂直的磁場(chǎng)和電場(chǎng)偏振方向與陣列單元中十字垂直方向平行。吸收率計(jì)算公式為4=l_|Sn I [IS21
2，其中|Sn I為反射系數(shù)的模值，IS211為透射系數(shù)的模值，由于下層金屬反射層3厚度大于0.1THz對(duì)應(yīng)的趨膚深度，因此S21可以忽略不計(jì)，吸收率計(jì)算公式可以簡化為4=1-1Sn 12。仿真計(jì)算得到的吸收譜如圖4所示，結(jié)果表明該超材料吸收器的吸收率峰值達(dá)到99.99%@1.95THz，在1.71THz至3.81THz范圍內(nèi)的吸收率大于90%，對(duì)應(yīng)的頻帶寬度達(dá)到2.1THz。
[0028]實(shí)施例2
本實(shí)施例的仿真計(jì)算條件與實(shí)施例1的大致相同，不同之處在于:將上層圖形化功能材料層I采用石墨作為材料，其電導(dǎo)率為I X 15 S/m，超材料單元結(jié)構(gòu)的平行開口 13的寬度d為9um，超材料單元結(jié)構(gòu)陣列的晶格周期a為27um。
[0029]將該實(shí)施例中的吸收器結(jié)構(gòu)經(jīng)商業(yè)軟件CST Microwave Stud1 2014頻域求解器對(duì)其太赫茲波的吸收率進(jìn)行仿真計(jì)算，太赫茲波垂直入射超材料吸收器表面，相互垂直的磁場(chǎng)和電場(chǎng)偏振方向與陣列單元中十字垂直方向平行。仿真計(jì)算得到的吸收譜如圖12所示，該超材料吸收器的吸收率峰值達(dá)到99.99%i2.73THz，在2.0ITHz至3.72THz范圍內(nèi)的吸收率大于90%，對(duì)應(yīng)的頻帶寬度達(dá)到1.71THz。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，其特征在于:包括依次設(shè)置的上層圖形化功能材料層(1)、中間介質(zhì)層(2)和下層金屬反射層(3);所述上層圖形化功能材料層(I)由超材料單元結(jié)構(gòu)排列而成，所述超材料單元結(jié)構(gòu)包括圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述圓環(huán)結(jié)構(gòu)上沿圓環(huán)結(jié)構(gòu)的周向均勻開設(shè)有4個(gè)平行開口(13)，所述圓環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有十字臂(12)，所述十字臂(12)的四條連接臂(14)一一對(duì)應(yīng)與圓環(huán)結(jié)構(gòu)的四組圓弧段(11)的中部連接;所述超材料單元結(jié)構(gòu)陣列的晶格周期a為1um至I OOum，每個(gè)超材料單元結(jié)構(gòu)的線寬m為0.5um至1um，所述連接臂(14)的臂長X為3um至50um，所述平行開口(13)的寬度d為0.5um至50um。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，其特征在于:所述上層圖形化功能材料層(I)的厚度為0.05um至20um，且上層圖形化功能材料層(I)的電導(dǎo)率大于103S/m。3.如權(quán)利要求2所述的一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，其特征在于:所述上層圖形化功能材料層(I)的材料為金屬相二氧化釩或石墨。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，其特征在于:所述中間介質(zhì)層(2)的厚度為0.1um至20um，且中間介質(zhì)層(2)的介電常數(shù)大于2的電介質(zhì)。5.如權(quán)利要求4所述的一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，其特征在于:所述中間介質(zhì)層(2)的材料為二氧化硅或聚酰亞胺。6.如權(quán)利要求1所述的一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，其特征在于:所述下層金屬反射層(3)為由高電導(dǎo)率的金屬材料制成的連續(xù)金屬薄膜，所述下層金屬反射層(3)的厚度為0.05um至Ium07.如權(quán)利要求6所述的一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，其特征在于:所述下層金屬反射層(3)的厚度大于太赫茲波的對(duì)于下層金屬反射層(3)的趨膚深度δ_，的計(jì)算公式為:δ_=ΟυΤΗζ.σ:^)-1/2，其中，υΤΗζ*太赫茲波頻率，■為金屬磁導(dǎo)率，(??為金屬電導(dǎo)率。8.如權(quán)利要求6或7所述的一種基于多諧振吸收疊加的寬頻帶太赫茲超材料吸收器，其特征在于:所述高電導(dǎo)率的金屬材料為金、銀、銅或鋁。
【文檔編號(hào)】H01Q17/00GK105896098SQ201610258722
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】羅振飛, 周遜, 孔維鵬, 陳晨, 王度
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心