CN108777370B - 一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体。所述的太赫兹吸收体单元横截面为正方形，自下而上依次由基底层，金属薄膜层，介质层I，复合结构层I，介质层II和复合结构层II组成。所述的复合结构层I是由嵌入4个不同尺寸方形金属薄膜结构的介质层组成，复合结构层II是由4个不同尺寸的圆环相变介质结构组成。本发明利用多个谐振结构的横向和纵向叠加，实现了太赫兹吸收体的宽带吸收，通过温度、光照等外部激励改变复合结构层II中相变材料电导率，完成对吸收带宽的调制，进而实现太赫兹吸收体的可调谐特性。

Description

一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及本发明公开了一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体。
背景技术
太赫兹波是指位于微波与红外之间，频率范围在0.1THz-10THz的电磁波。由于太赫兹波处于特殊的波谱范围，具有许多优越特性，研究发现其在无线通信、雷达成像、环境检测等方面具有重要的应用前景。相对于太赫兹辐射源和探测技术来说，对太赫兹功能器件的研究相对滞后，如调制器、偏振器和耦合器，特别是吸收体。究其原因是因为自然界中缺乏天然的、适合的太赫兹强吸收材料，进而阻碍和制约着太赫兹器件的发展与应用。
电磁超材料的出现为太赫兹吸收体提供了一种新的方法，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。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，这为探索太赫兹吸收体提供了新的途径。然而，目前太赫兹超材料吸收体仍存在调谐效果差、吸收率较低，带宽较窄等不足，为此，本发明提出了一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体。
发明内容
本发明公开了一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体。所述的太赫兹吸收体单元横截面为正方形，自下而上依次由基底层，金属薄膜层，介质层I，复合结构层I，介质层II和复合结构层II组成。所述的复合结构层I是由嵌入4个不同尺寸方形金属薄膜结构的介质层组成，复合结构层II是由4个不同尺寸的圆环相变介质结构组成。本发明利用多个谐振结构的横向和纵向叠加，实现了太赫兹吸收体的宽带吸收，通过温度、光照等外部激励改变复合结构层II中相变材料电导率，完成对吸收带宽的调制，进而实现太赫兹吸收体的可调谐特性。
上述方案中，基底层材料为硅材料。
上述方案中，金属薄膜层和复合结构层I中方形金属薄膜结构材料为贵金属材料。
上述方案中，复合结构层II中圆环相变介质结构材料为相变材料。
上述方案中，介质层I、介质层II、以及复合结构层I中的介质材料为聚酰亚胺。
上述方案中，金属薄膜层、复合结构层I和复合结构层II的厚度均为0.2μm。
上述方案中，介质层I的厚度为4.8μm，介质层II的厚度为9.3μm。
上述方案中，太赫兹吸收体周期单元的横截面呈正方形。
与现有的技术相比，本发明有如下特点：
1、当相变材料为金属相时，太赫兹吸收体吸收率大于80％的带宽可达0.928THz；
2、当相变材料为介质相时，太赫兹吸收体吸收率大于80％的带宽可达0.344THz：
3、可通过改变复合结构层I中方形金属结构和复合结构层II中圆环相变材料结构的尺寸，来调控吸收带宽的中心频率；
4、可通过控制吸收体工作环境的温度，来改变相变材料的电导率，完成对吸收带宽的调制，从而实现可调谐的功能；
5、本发明具有结构简单、调谐范围宽、调谐深度大等优点，在太赫兹开关和滤波等领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1是太赫兹吸收体周期单元的侧面结构示意图。
图2是复合结构层I的俯视结构示意图。
图3是复合结构层II的俯视结构示意图。
图4是相变材料为金属相时，太赫兹吸收体的吸收光谱。
图5是相变材料为介质相时，太赫兹吸收体的吸收光谱。
图中标示：1、基底层；2、金属薄膜层；3、介质层I；4、复合结构层I；5、介质层II； 6、复合结构层II；7、8、9、10分别为复合结构层I中方形金属结构；11为复合结构层I中方形介质结构；12、13、14、15分别为复合结构层II中圆环相变材料结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明：
参照图1、图2和图3，本发明公开了一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体。所述的太赫兹吸收体单元横截面为正方形，自下而上依次由基底层，金属薄膜层，介质层I，复合结构层I，介质层II和复合结构层II组成，其中所述的复合结构层I是由嵌入4个不同尺寸方形金属薄膜结构的介质层组成，所述的复合结构层II由4个不同尺寸的圆环相变材料结构组成。
参照图4，给出了相变材料为金属相时，太赫兹吸收体的吸收光谱。本实施方式为上述实施方式的一种具体体现，在本实施方式中，单元周期为120μm，金属薄膜层的厚度为0.2μm，复合结构层I和复合结构层II的厚度为0.2μm，介质层I的厚度为4.8μm，介质层II的厚度为 9.3μm，复合结构层I中四个方形金属结构7、8、9、10的边长依次为39.4μm、37.8μm、34.8μm、 33.4μm，复合结构层II中的4个圆环相变材料结构11、12、13、14的外半径尺寸依次为16.9μm、 16.1μm、15.7μm、15.5μm，内半径尺寸依次为11.9μm、11.1μm、10.7μm、10.5μm。金属薄膜层和方形金属结构材料为金，电介质材料为聚酰亚胺，相变材料为二氧化钒，且二氧化钒处于金属相。从图中可以看出，太赫兹吸收体吸收率大于80％的带宽可达0.928THz，中心频率为1.965THz。
参照图5，给出了相变材料为介质相时，太赫兹吸收体的吸收光谱。在本实施方式中，结构参数与上实施方式中的结构参数一致，不同的是二氧化钒处于介质相。从图中可以看出，太赫兹吸收体吸收率大于80％的带宽为0.344THz，中心频率为1.687THz，由此可以看出，随着相变材料从图4金属相变成图5介质相时，带宽发生明显变化，实现了可调谐的功能，这为设计太赫兹滤波器和开关提供了一种新的方法。

Claims (7)

1.一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体，其特征在于所述吸收体单元横截面为正方形，自下而上依次由基底层，金属薄膜层，介质层I，复合结构层I，介质层II和复合结构层II组成，其中所述的复合结构层I是由电介质材料组成，且在所述的电介质材料中嵌入4个不同尺寸方形金属薄膜结构，复合结构层II是由4个不同尺寸的圆环相变材料结构组成，所述的相变材料为二氧化钒。
2.根据权利要求1所述的太赫兹吸收体，其特征在于所述基底层材料为硅材料。
3.根据权利要求1所述的太赫兹吸收体，其特征在于所述金属薄膜层和复合结构层I中方形金属薄膜结构材料为贵金属材料。
4.根据权利要求1所述的太赫兹吸收体，其特征在于所述介质层I、介质层II、以及复合结构层I中的电介质材料为聚酰亚胺。
5.根据权利要求1所述的太赫兹吸收体，其特征在于所述金属薄膜层、复合结构层I和复合结构层II的厚度均为0.2μm。
6.根据权利要求1所述的太赫兹吸收体，其特征在于所述介质层I的厚度为4.8μm，介质层II的厚度为9.3μm。
7.根据权利要求1所述的太赫兹吸收体，其特征在于所述太赫兹吸收体周期单元的横截面呈正方形。
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