CN107293862A - 一种强吸收宽带太赫兹吸收体 - Google Patents

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白晋军
葛梅兰
孙晓东
常胜江
李吉宁
范飞
李珊珊
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Abstract

本发明公开了一种强吸收宽带太赫兹吸收体，吸收体周期单元结构呈长方体结构，横截面为正方形。吸收体周期单元由金属层、介质层和硅基底层组成。其中金属层包括回字形金属结构层、方形金属结构层和金属平板层，介质层包括介质平板层1和介质平板层2。方形金属结构层和回字形金属结构层分别是由4个具有不同中心位置，不同尺寸的离散方形结构和回字形结构组成。本发明通过对不同谐振频率的方形金属结构和回字形金属结构进行横向、纵向叠加，得到了一种高吸收率的宽带太赫兹吸收体。

Description

一种强吸收宽带太赫兹吸收体
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种强吸收宽带太赫兹吸收体。
背景技术
太赫兹(THz)波是指位于电磁波谱中的微波与红外之间，频率在0.1-10THz之间的电磁波。由于THz波处在特殊的波谱范围，具有许多优越的电磁特性。为此，随着近年来THz辐射源和探测技术的发展，THz波的应用得到迅猛发展，在国防安检、无线通信、生物检测、雷达成像以及遥感等方面得到广泛应用。然而，阻碍THz技术发展的瓶颈之一是THz功能器件还比较落后，为此，研发新型的THz功能器件已经成为THz技术领域中的一个热点问题。
THz人工电磁超材料的出现为设计THz功能器件提供了一种新的方法和思路，被认为是填补“太赫兹空隙”的最佳候选材料之一。电磁超材料是指一些具有人造结构的周期性结构材料，它呈现出自然材料所不具备的超常物理性质，从而能够对THz波进行调控，为该波段的器件研究提供了一种可行的方法。研究发现，太赫兹电磁超材料在其共振频率处可以发生强烈吸收，这为探索太赫兹探测器提供了新的有效途径。目前太赫兹超材料吸收体仍存在吸收率较低，带宽较窄等不足，为此，我们提出了一种强吸收宽带太赫兹吸收体的设计方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有太赫兹吸收体吸收率低、带宽窄等技术不足，提出了一种强吸收宽带太赫兹吸收体。吸收体周期单元结构呈长方体结构，横截面为正方形。吸收层周期单元由金属层、介质层和硅基底层组成。其中金属层包括回字形金属结构层、方形金属结构层和金属平板层，介质层包括介质平板层1和介质平板层2。回字形金属结构层和方形金属结构层分别是由4个具有不同中心位置，不同尺寸的离散回字形结构和方形结构组成。本发明通过对不同谐振频率的回字形金属结构和方形金属结构进行横向、纵向叠加，得到了一种强吸收率的宽带太赫兹吸收体。
上述方案中，金属层结构是由金属金材料制成，包括回字形金属结构、方形金属结构和金属平板层。
上述方案中，金属层结构的厚度为200nm，包括回字形金属结构、方形金属结构和金属平板层。
上述方案中，介质层是由聚酰亚胺制成。
上述方案中，介质平板层1的厚度为3.5μm，介质平板层2的厚度为4.4μm。
上述方案中，吸收体周期单元中方形金属结构，金属平板层，介质体和硅基底层的横截面都是正方形。
与现有的技术相比，本发明有如下特点：
1、采用相同金属结构横向叠加、不同金属结构纵向叠加的方法，拓展了吸收带宽，吸收带宽达到0.28THz；
2、通过多个金属结构的相互叠加，提高了吸收体的吸收率，吸收率可达90％以上；
3、可通过改变方形金属结构和回字形金属结构的几何参数，来调控吸收带宽中心频率的位置；
4、本发明具有结构简单，易于集成等优点，在太赫兹探测领域具有十分重要的应用价值。
附图说明
图1为吸收体周期单元的结构示意图。
图2为回字形金属结构的结构示意图。
图3为方形金属结构的结构示意图。
图4为太赫兹宽带吸收体的吸收谱线。
图中标示：1、回字形金属结构；2、介质平板层1；3、方形金属结构；4、介质平板层2；5、金属平板层；6、硅基底层；7、8、9、10分别为回字形金属结构中的结构；11、12、13、14分别为方形金属结构中的结构。
具体实施方式
如图1所示，吸收体周期单元结构呈长方体结构，横截面为正方形。吸收体周期单元由金属层、介质层和硅基底层组成。其中金属层包括回字形金属结构层、方形金属结构层和金属平板层，介质层包括介质平板层1和介质平板层2。回字形金属结构层和方形金属结构层分别是由4个具有不同中心位置，不同尺寸的离散回字形结构和方形结构组成。
在吸收体周期单元结构中，介质层、金属平板层和硅基底层的横截面均为160μm×160μm的正方形，且它们的几何中心重合。
在吸收体周期单元结构中，硅基底层的厚度为10μm。
在吸收体周期单元结构中，回字形金属结构、方形金属结构和金属层的材料都是贵金属金，厚度为200nm。介质层材料为聚酰亚胺，其中，介质平板层1的厚度为3.5μm，介质平板层2的厚度为4.4μm。
在吸收体周期单元结构中，如图2所示，回字形金属结构中四个结构7、8、9、10的回字形外侧边长依次为：40.9μm、38.8μm、38.7μm、37.2μm，内侧边长尺寸都为20μm。如图3所示，方形金属结构中四个结构11、12、13、14的尺寸依次为50μm、48.4μm、46.8μm、45.4μm。
图4显示了太赫兹吸收体的吸收谱线，其中横坐标为频率，单位为THz，纵坐标为吸收率。从图中可以看出，在1THz～2THz范围之内太赫兹频段出现了多个吸收峰，吸收峰的吸收率可达90％以上，中心频率为1.53THz，吸收带宽为0.28THz。

Claims (8)

1.一种强吸收宽带太赫兹吸收体。吸收体周期单元结构呈长方体结构，横截面为正方形。吸收体周期单元由金属层、介质层和硅基底层(6)组成。其中金属层包括回字形金属结构层(1)、方形金属结构层(3)和金属平板层(5)，介质层包括介质平板层1(2)和介质平板层2(4)。回字形金属结构层(1)和方形金属结构层(3)分别是由4个具有不同中心位置，不同尺寸的离散回字形结构和方形结构组成。
2.根据权利要求1所述的一种强吸收宽带太赫兹吸收体，其特征在于，硅基底层、金属平板层和介质层的横截面都是尺寸相同的正方形结构，且它们的几何中心重合。
3.根据权利要求1所述的一种强吸收宽带太赫兹吸收体，其特征在于，硅基底层的厚度为10μm。
4.根据权利要求1所述的一种强吸收宽带太赫兹吸收体，其特征在于，金属层的厚度为200nm，包括金属平板层，方形金属层，回字形金属层。
5.根据权利要求1所述的一种强吸收宽带太赫兹吸收体，其特征在于，金属层结构的材料为金属金，包括金属平板层，方形金属层，回字形金属层。
6.根据权利要求1所述的一种强吸收宽带太赫兹吸收体，其特征在于，介质层的材料为聚酰亚胺。
7.根据权利要求1所述的一种强吸收宽带太赫兹吸收体，其特征在于，介质平板层1的厚度为3.5μm，介质平板层2的厚度为4.4μm。
8.根据权利要求1所述的一种强吸收宽带太赫兹吸收体，其特征在于，回字形金属结构中的四个回字形外侧边长分别为：40.9μm、38.8μm、38.7μm、37.2μm，内侧边长都为20μm。方形金属结构中的四个方形结构尺寸为50μm、48.4μm、46.8μm、45.4μm。
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