CN102798906A - 双宽带近红外吸收器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双宽带近红外吸收器，包括：一衬底；在所述衬底上沉积的厚度不小于100纳米的第一金属膜层；在所述第一金属膜层上密堆排列的单层介质球；在所述单层介质球上沉积的第二金属膜层。本发明的双宽带近红外吸收器对大角度入射的宽频段近红外电磁波具有完美的吸收效果，并且对近红外电磁波的偏振特性不敏感。在实际应用中，由于电磁环境复杂，斜入射波比正入射波更加普遍，各种偏振特性入射波比单一偏振特性入射波更加普遍，因此本发明能良好地适应复杂的电磁环境。本发明的双宽带近红外完美吸收器具有制备工艺简单、成本低、高可重复性和可大面积生产的优点，在电磁能量吸收、探测和转换等领域具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种双宽带近红外吸收器，具体地说是一类新型的双宽带波段的近红外电磁波完美吸收结构，可用于近红外电磁波吸收、探测以及热辐射仪等领域。
背景技术
传统的近红外电磁波人工电磁材料(Meta materials)完美吸收器是基于一种单一尺寸等离子体谐振结构产生的单一频段的窄带共振吸收，以及基于两种及以上不同尺寸的复杂等离子体谐振结构产生的两个及以上分立频段的共振吸收。这类吸收器结构设计复杂、尺寸面积小且制作成本高。国内外研究人员通过组合不同共振频段的共振单元以获得多个吸收频带从而展宽近红外吸收带宽，但却进一步增加了制作工艺的难度和降低了生产的可重复性，限制了此类吸收器的实用性。当前在追求宽带局域等离子体共振近红外完美吸收器的研究中，本身内在具备宽带共振吸收特性的等离子体共振结构一直没有被提出和研究应用。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种工艺制作技术要求低、成本低、高可重复性和可大面积生产的双宽带近红外吸收器，达到宽带、大角度范围和偏振无关三个技术参数同时满足的双宽带近红外波段的完美吸收，即结构的反射能量和透射能量几乎为零。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种双宽带近红外吸收器，包括：
一衬底；
在所述衬底上沉积的厚度不小于100纳米的第一金属膜层；
在所述第一金属膜层上密堆排列的单层介质球；
在所述单层介质球上沉积的第二金属膜层。
通过改变介质球的材料特性和几何尺寸，可以实现所需波段的近红外宽带完美吸收。
进一步的，所述衬底的材料为玻璃、石英或硅片。
进一步的，所述第一金属膜层和第二金属膜层的材料为金或银。
进一步的，所述介质球的材料为聚苯乙烯或二氧化硅。
进一步的，所述介质球的直径为800纳米至1600纳米。
进一步的，所述密堆排列的单层介质球为沿水平方向六角密堆排列的阵列，由于球本身的高度对称性以及六角密排阵列的高对称性结构，本发明的双宽带近红外吸收器适用于大入射角和不同偏振角度近红外电磁波的吸收。
进一步的，所述第二金属膜层的厚度为8纳米至50纳米。
进一步的，所述第二金属膜层为半球形壳，第二金属膜层的厚度基于镀膜时间以及镀膜环境所决定，第二金属膜层厚度调制吸收强度和吸收带宽。
有益效果：本发明的双宽带近红外吸收器具有易于加工、成本低、可大面积制作和容易集成等优点；本发明的双宽带近红外吸收器具有两个宽带频段特性，在红外探测、红外成像以及热辐射器等领域具有广阔的应用前景；本发明的双宽带近红外吸收器对于大角度斜入射和不同偏振特性的红外电磁波都具有完美的吸收效果，在实际应用中，复杂的电磁环境，斜入射比正入射波更加普遍，不同偏振电磁波比同一偏振电磁波更加普遍，因此本发明能很好地适应复杂的电磁环境。
附图说明
图1为本发明的一种结构扫描电子显微镜图，其中介质球的材料为聚苯乙烯，直径为1100纳米；
图2为实例1中双宽带近红外吸收器在近红外波微弱角度8度入射下的实验结果；
图3为实例2中双宽带近红外吸收器在近红外波微弱角度8度入射下的实验结果；
图4为实例1中双宽带近红外吸收器在近红外波斜角度20度入射下的随入射波偏振角度从0到90度变化的实验结果，图中右侧标尺表示吸收率从0到1；
图5为实例1中双宽带近红外吸收器在近红外波斜角度入射下的实验结果，斜角度范围从10度到50度，图中右侧标尺表示吸收率从0到1。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
参见图1，本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球(即介质球)，其直径为1100纳米；首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为9纳米的金膜；
参见图2，实验结果显示：双宽带近红外吸收器在波长1.120微米和1.841微米处分别呈现97.5％和99.6％的吸收率；
参见图4和图5，实验结果显示：双宽带近红外吸收器在20度斜入射波下随不同偏振角度的改变呈现双宽带近红外完美吸收；在入射角度达到50度时依然保持吸收率超过90％的双宽带近红外吸收。
实施例2
本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1000纳米；首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为9纳米的金膜；
参见图3，实验结果显示：双宽带近红外吸收器在波长1.085微米和1.773微米处分别呈现99.5％和99.1％的吸收率。
实施例3
本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1100纳米；首先在玻璃衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为12纳米的金膜。
实施例4
本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1000纳米；首先在硅片衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为12纳米的金膜。
实施例5
本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1580纳米；首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为13纳米的金膜。
实施例6
本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1580纳米；首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为16纳米的金膜。
实施例7
本实施例选用单分散的二氧化硅微球，其直径为1000纳米；首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为8纳米的金膜。
实施例8
本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球，其直径为800纳米；首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的银膜；其次，在此银膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为20纳米的银膜。
实施例9
本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1100纳米；首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的银膜；其次，在此银膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为30纳米的银膜。
实施例10
本实施例选用单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1100纳米；首先在石英衬底上采用金属热蒸发镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上组装二维六角密堆排列的介质球；然后采用金属热蒸发镀膜的方法在此二维六角密堆排列的介质球表面直接沉积一层厚度为50纳米的金膜。
Claims (8)
1.一种双宽带近红外吸收器，包括：
一衬底；
在所述衬底上沉积的厚度不小于100纳米的第一金属膜层；
在所述第一金属膜层上密堆排列的单层介质球；
在所述单层介质球上沉积的第二金属膜层。
2.根据权利要求1所述双宽带近红外吸收器，其特征在于：所述衬底的材料为玻璃、石英或硅片。
3.根据权利要求1所述双宽带近红外吸收器，其特征在于：所述第一金属膜层和第二金属膜层的材料为金或银。
4.根据权利要求1所述双宽带近红外吸收器，其特征在于：所述介质球的材料为聚苯乙烯或二氧化硅。
5.根据权利要求1所述双宽带近红外吸收器，其特征在于：所述介质球的直径为800纳米至1600纳米。
6.根据权利要求1所述双宽带近红外吸收器，其特征在于：所述密堆排列的单层介质球为沿水平方向六角密堆排列的阵列。
7.根据权利要求1所述双宽带近红外吸收器，其特征在于：所述第二金属膜层的厚度为8纳米至50纳米。
8.根据权利要求1所述双宽带近红外吸收器，其特征在于：所述第二金属膜层为半球形壳。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121128 |