CN109301495A - 吸波器及吸波器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种吸波器及吸波器的制造方法，本发明实施例提供的吸波器，顶层的谐振层、中层的介质层和底层的薄膜层，均为透明结构，因而，将上述吸波器涂覆在加载物上，不会影响加载物的外观；同时，由于该吸波器谐振层的谐振结构为双环形结构，而双环形结构的吸收频带会叠加，因而，只需要一层谐振层，不需要增加多层谐振层，即不需要复杂的加工工艺就增大了吸波器的吸收带宽，解决了现有宽带吸波器的谐振层加工复杂度高、难度大的问题。

Description

吸波器及吸波器的制造方法

技术领域

本发明涉及太赫兹波吸收技术领域，特别是涉及一种吸波器及吸波器的制造方法。

背景技术

现有的用于吸收太赫兹波的吸波器，参见图1，通常是由顶部金属谐振层101，中间金属介质层102和底部金属层103构成的“三明治”结构。其中，太赫兹波(Terahertz，THz)通常是指频率范围在0.1～10THz之间的电磁波，是电磁波谱上由电子学向光子学过渡的特殊区域。

然而，发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下缺点：现有的吸波器是不透明的，将该吸波器涂覆在加载物上，会影响加载物的外观。同时，现有吸波器的吸收带宽通常较窄，为增大吸收带宽，通常的做法是在介质层的顶部设置多层不同尺寸的谐振层，或为吸波器分别设置具有不同谐振频率的谐振层，从而使吸波器的吸收频率叠加，增大吸波器的吸收带宽，但上述两种设计方式都存在谐振层的加工复杂度高、难度大的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种吸波器及吸波器的制造方法，以提高吸波器的透光性，且不需要复杂的加工工艺就能够增大吸波器的吸收带宽。具体技术方案如下：

为了达到上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种吸波器，所述吸波器，包括：

顶层的谐振层201、中层的介质层202和底层的薄膜层203；其中，所述谐振层201包括多个周期单元，所述周期单元包括一个由氧化铟锡ITO薄膜构成的谐振结构；所述介质层202为透明介质层；所述薄膜层203为ITO薄膜层；

所述谐振结构为双环形结构；

所述谐振层201镀在所述介质层202的顶部，与所述介质层202构成一个整体；

所述薄膜层203镀在所述介质层202的底部，与所述介质层202构成一个整体。

可选的，所述介质层202的材质为玻璃、石英玻璃、有机玻璃或透明的高分子聚合材料。

可选的，所述谐振结构为双方环形结构或双圆环形结构，或为方环形和圆环形的组合结构；

所述谐振结构关于所述周期单元中心对称。

可选的，所述谐振结构为双方环形结构时，所述谐振结构的内方环2011的边长为176um，外方环2012的边长为318um；

内方环2011的宽度为36um，外方环2012的宽度为36um；

内方环2011和外方环2012之间的间隙为106um。

可选的，所述谐振层201的厚度为0.185um；

所述介质层202的厚度为70-90um；

所述薄膜层203的厚度为0.185um。

可选的，所述吸波器，包括：

n×n个周期单元，所述n×n个周期单元呈周期性排列，其中，n为自然数。

可选的，所述n×n个周期单元在同一平面上呈阵列排列，形成正方形阵列。

可选的，所述n为不小于21的自然数。

第二方面，本发明实施例提供了一种吸波器的制造方法，所述方法，包括：在介质层的顶部和底部分别镀上ITO薄膜，形成ITO薄膜层；

按照预设的谐振结构，采用光刻或电子束曝光技术刻蚀所述介质层顶部的ITO薄膜层，形成如上述任一所述的吸波器。

本发明实施例提供的吸波器，顶层的谐振层、中层的介质层和底层的薄膜层，均为透明结构，因而，将上述吸波器涂覆在加载物上，不会影响加载物的外观；同时，由于该吸波器谐振层的谐振结构为双环形结构，而双环形结构的吸收频带会叠加，因而，只需要一层谐振层，不需要增加多层谐振层，即不需要复杂的加工工艺就增大了吸波器谐振结构的吸收带宽，解决了现有宽带吸波器的谐振层加工复杂度高、难度大的问题。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的一种吸波器的结构示意图；

图2a为本发明实施例提供的吸波器的一种结构示意图；

图2b为本发明实施例提供的吸波器的部分放大后的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的吸波器的谐振层中一个周期单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的吸波器在TE(电磁波沿x轴方向入射)或TM(电磁波沿y轴方向入射)极化波垂直入射时的吸收率曲线示意图；

图5a为本发明实施例提供的吸波器在TE极化波入射下随电磁波入射角的变化吸收率的变化曲线示意图；

图5b为本发明实施例提供的吸波器在TE极化波入射下随电磁波入射角的变化吸收率的二维分布示意图；

图6a为本发明实施例提供的吸波器在TM极化波入射下随电磁波入射角的变化吸收率的变化曲线示意图；

图6b为本发明实施例提供的吸波器在TM极化波入射下随电磁波入射角的变化吸收率的二维分布示意图；

图7a为本发明实施例提供的吸波器在入射电磁波垂直入射时吸收率随介质厚度变化时的吸收曲线示意图；

图7b为本发明实施例提供的吸波器在入射电磁波垂直入射时吸收率随介质厚度变化时的二维分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有的不透明的吸波器，影响加载物外观的问题，及为增大吸波器的吸收带宽，需要复杂的加工工艺的问题。本发明实施例提供了一种吸波器及吸波器的制造方法。

参见图2a和图2b，本发明实施例提供的吸波器，包括：

顶层的谐振层201、中层的介质层202和底层的薄膜层203；其中，所述谐振层201包括多个周期单元，所述周期单元包括一个由氧化铟锡ITO薄膜构成的谐振结构；所述介质层202为透明介质层；所述薄膜层203为ITO薄膜层；

所述谐振结构为双环形结构；

所述谐振层201镀在所述介质层202的顶部，与所述介质层202构成一个整体；

所述薄膜层203镀在所述介质层202的底部，与所述介质层202构成一个整体。

具体的，所述谐振层201可以为平铺结构，平铺的镀在介质层202的顶部，用于吸收电磁波。所述介质层202，用于消耗电磁波的能量。所述薄膜层203可以为平铺结构，平铺的镀在介质层202的底部，用于减少电磁波在吸波器中的传输系数。

在一种具体的实施例中，上述谐振层的谐振结构可以为：双方环形结构或双圆环形结构，或者为圆环形和方环形的组合结构，如：外层是方环，内层是圆环，或外层是圆环，内层是方环。

本发明实施例提供的吸波器，顶层的谐振层、中层的介质层和底层的薄膜层，均为透明结构，因而，将上述吸波器涂覆在加载物上，不会影响加载物的外观；同时，由于该吸波器谐振层的谐振结构为双环形结构，而双环形结构的吸收频带会叠加，因而，只需要一层谐振层，不需要增加多层谐振层，即不需要复杂的加工工艺就增大了吸波器谐振结构的吸收带宽，解决了现有宽带吸波器的谐振层加工复杂度高、难度大的问题。

以下，列举一个具体示例，对本发明实施例提供的吸波器，进行进一步详细的说明。

介质层202的材质可以为玻璃、石英玻璃、有机玻璃或透明的高分子聚合材料，在本实施例中选取的介质材料可以是介电常数为4.41，损耗角正切为0.0004的玻璃。在本实施例中介质层的厚度H为80um(微米)，即H＝80um。

ITO薄膜的特性通常用其表面阻抗来表示，不同厚度的ITO薄膜对应的表面阻抗也不同。通常ITO薄膜的厚度越大，ITO薄膜的表面阻抗越小。在本实施例中可以选取的ITO薄膜的厚度T＝185um，该薄膜的表面阻抗为8ohm/Square(欧姆每平方米)。

参见图3，在本实施例中，介质层202可以为正方形结构，介质层202相邻的两个侧边分别与xy平面的x轴、y轴平行。谐振层201中的谐振结构为双方环形结构。

其中，所述周期单元的边长P为500um，所述谐振结构的内方环2011的内边长L1为176um，外方环2012的内边长L2为318um；

内方环2011的宽度W为36um，外方环2012的宽度W为36um；

内方环2011和外方环2012之间的间隙d为106um。

在一种具体的实施例中，吸波器可以包括：

n×n个周期单元，所述n×n个周期单元呈周期性排列，其中，n为自然数。

可选的，所述n×n个周期单元在同一平面上呈阵列排列，形成正方形阵列。

可选的，所述n为不小于21的自然数。

当电磁波垂直入射到本实施例所提供的吸波器的谐振层后，其透射率为T，反射率为R，吸收率为A＝1-T-R。图4给出了TE(电磁波沿x轴方向入射)或TM(电磁波沿y轴方向入射)极化波垂直入射本实施例所提供的吸波器时，该吸波器的吸收率曲线。由图4可以看出，在入射波频率为0.38～0.58THz的范围内，吸波器的吸收率均可以保持在0.8以上，因而，具有很好的宽带吸收效果，该吸波器对应的3dB相对吸收带宽高达37％，其中，3dB吸收带宽指的是峰值的一半时吸波器吸收频带的宽度，通常可以用于衡量吸波器的吸波性能。

图5a和5b给出了TE极化波入射下即电磁波沿x轴方向入射，改变电磁波的入射角，本实施例所提供的吸波器吸收率和吸收带宽的变化。其中，图5a中的theta代表入射角度，图5b中的亮度代表吸收率，亮度越亮表明吸收率越高。由图5a和5b可以看出，当入射角度theta从0度增大到50度时，在入射波频率为0.38～0.58THz的范围内，该吸波器的吸收带宽没有发生明显的偏移。在入射角度theta为0～20度的范围内，在入射波频率为0.38～0.58THz的范围内，该吸波器仍然保持着很高的吸收率。随着入射角度theta的不断增大，吸收曲线出现了波谷，然而，当入射角度theta增大到50度时，吸收曲线中波谷处对应的吸收率仍然高达0.55，由此可以看出，本实施例所提供的吸波器具有宽角度吸收的特性。而现有的吸波器，在垂直入射时吸波器具有的吸收带宽要窄于本实施例所提供的吸波器的吸收带宽，并且，吸收率也低于本实施例所提供的吸波器的吸收率。现有的吸波器，当入射角度theta从0度增大时，即在斜入射时，其吸收带宽和吸收率通常会低于垂直入射时吸收带宽和吸收率的一半。

图6a和6b给出了TM极化波入射下即电磁波沿y轴方向入射，改变电磁波的入射角时，本实施例所提供的吸波器吸收率和吸收带宽的变化，由图6a可以看出，当入射角度theta＝0时，即垂直入射时，在入射波频率为0.38～0.58THz的范围内，本实施例所提供的吸波器对电磁波的吸收率与TE极化波垂直入射时对电磁波的吸收率相同，因而，表明本实施例所提供的吸波器具有极化不敏感的特性。

由图6a和6b可以看出，当入射角度theta从0度增大到50度时，在入射波频率为0.38～0.58THz的范围内，该吸波器的吸收带宽没有发生明显的偏移。在入射角度theta为0～10度的范围内，入射波频率为0.38～0.58THz的范围内，该吸波器仍然保持着很高的吸收率。随着入射角度theta的不断增大，该吸波器的吸收带宽和吸收率逐渐降低，然而，当入射角度theta增大到50度时，吸收曲线中波谷处对应的吸收率仍然高达0.5，由此可以看出，本实施例所提供的吸波器具有宽角度吸收的特性。

将图5a、5b和图6a、6b对比可以发现，TM极化波入射下的吸收效果不如TE极化波入射下的吸收效果好。这是由于随着入射角度的增大，TM极化下入射波的电场方向发生了偏移，在与谐振层201平行的平面上分量变小，从而导致吸波器的电响应减弱，吸收性能变差。

图7a、7b分别给出了在入射电磁波垂直入射下，改变吸波器的介质层202的厚度H，该吸波器吸收率的变化曲线和二维分布示意图。由图7a和7b可以看出，在入射电磁波垂直入射时，改变介质层202的厚度H，吸波器的吸收频带会发生偏移，当介质层202的厚度H增加时，吸收频带向低频方向移动。

图7a、7b可以看出，当介质层202的厚度H大于或等于80um时，ITO吸波器对入射电磁波频率为0.4-0.55THz之间的电磁波的吸收率均在0.8之上；当介质层202的厚度H小于80um时，吸收率曲线的波谷略有下降，但总体吸收率仍高于0.7。由此表明，本实施例所提供的吸波器对电磁波的吸收性能对介质厚度的变化并不是很敏感。原因是由于该吸波器的谐振结构使得谐振层201和薄膜层203产生了电谐振，从而使得该吸波器对入射电磁波的吸收主要是靠谐振层201的谐振结构具有的欧姆损耗来实现。

本发明实施例提供的吸波器，顶层的谐振层、中层的介质层和底层的薄膜层，均为透明结构，因而，将上述吸波器涂覆在加载物上，不会影响加载物的外观；同时，由于该吸波器谐振层的谐振结构为双环形结构，而双环形结构的吸收频带会叠加，因而，只需要一层谐振层，不需要增加多层谐振层，即不需要复杂的加工工艺就增大了吸波器谐振结构的吸收带宽，解决了现有宽带吸波器的谐振层加工复杂度高、难度大的问题。

另外，本发明实施例提供的吸波器，还具有宽角度吸收、极化不敏感特性及介质厚度不敏感等特性。

本发明实施例还提供了一种吸波器的制造方法，所述方法，包括：

在介质层的顶部和底部分别镀上ITO薄膜，形成ITO薄膜层；

按照预设的谐振结构，采用光刻或电子束曝光技术刻蚀所述介质层顶部的ITO薄膜层，形成如上述任一所述的吸波器。

按照本发明实施例提供的方法制造的吸波器，顶层的谐振层、中层的介质层和底层的薄膜层，均为透明结构，因而，将上述吸波器涂覆在加载物上，不会影响加载物的外观；同时，由于该吸波器谐振层的谐振结构为双环形结构，而双环形结构的吸收频带会叠加，因而，只需要一层谐振层，不需要增加多层谐振层，即不需要复杂的加工工艺就增大了吸波器谐振结构的吸收带宽，解决了现有宽带吸波器的谐振层加工复杂度高、难度大的问题。

另外，本发明实施例提供的吸波器，还具有宽角度吸收、极化不敏感特性及介质厚度不敏感等特性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种吸波器，其特征在于，所述吸波器，包括：

顶层的谐振层(201)、中层的介质层(202)和底层的薄膜层(203)；其中，所述谐振层(201)包括多个周期单元，所述周期单元包括一个由氧化铟锡ITO薄膜构成的谐振结构；所述介质层(202)为透明介质层；所述薄膜层(203)为ITO薄膜层；

所述谐振结构为双环形结构；

所述谐振层(201)镀在所述介质层(202)的顶部，与所述介质层(202)构成一个整体；

所述薄膜层(203)镀在所述介质层(202)的底部，与所述介质层(202)构成一个整体。

2.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，

所述介质层(202)的材质为玻璃、石英玻璃、有机玻璃或透明的高分子聚合材料。

3.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，

所述谐振结构为双方环形结构或双圆环形结构，或为方环形和圆环形的组合结构；

所述谐振结构关于所述周期单元中心对称。

4.根据权利要求3所述的吸波器，其特征在于，

所述谐振结构为双方环形结构时，所述谐振结构的内方环(2011)的边长为176um，外方环(2012)的边长为318um；

内方环(2011)的宽度为36um，外方环(2012)的宽度为36um；

内方环(2011)和外方环(2012)之间的间隙为106um。

5.根据权利要求4所述的吸波器，其特征在于，

所述谐振层(201)的厚度为0.185um；

所述介质层(202)的厚度为70-90um；

所述薄膜层(203)的厚度为0.185um。

6.根据权利要求3～5任一所述的吸波器，其特征在于，所述吸波器，包括：

n×n个周期单元，所述n×n个周期单元呈周期性排列，其中，n为自然数。

7.根据权利要求6所述的吸波器，其特征在于，

所述n×n个周期单元在同一平面上呈阵列排列，形成正方形阵列。

8.根据权利要求7所述的吸波器，其特征在于，

所述n为不小于21的自然数。

9.一种吸波器的制造方法，其特征在于，所述方法，包括：

在介质层的顶部和底部分别镀上ITO薄膜，形成ITO薄膜层；

按照预设的谐振结构，采用光刻或电子束曝光技术刻蚀所述介质层顶部的ITO薄膜层，形成如权利要求1～8任一所述的吸波器。