CN111240085B - 一种基于偏压调控的红外吸收器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于偏压调控的红外吸收器，红外吸收器包括：n个吸收单元，n个吸收单元为阵列方式排布设置；各吸收单元包括上层基板、下层基板、液晶层、梯形光栅和金属基底；金属基底，用于导电，作为下电极；下层基板位于金属基底上方，用于作为所述梯形光栅的基底材料；梯形光栅设置于下层基板上表面，用于实现不同频段红外波的吸收；液晶层位于上层基板和下层基板之间，用于形成偏置电场，从而改变介电常数，实现对红外波吸收频段的调谐；上层基板位于液晶层上方，用于导电，作为上电极。本发明通过设置上层基板、下层基板、液晶层、梯形光栅和金属基底构成的吸收单元阵列排布，实现了对中红外波宽带的吸收。

Description

一种基于偏压调控的红外吸收器
技术领域
本发明涉及宽带吸收领域，具体是一种基于偏压调控的红外吸收器。
背景技术
红外波是指波长范围在1～500μm内的电磁波。由于红外波特别是中红外波拥有很多卓越的性能，使其医学成像、安全检查、产品检测等实际应用方面都具有重要的应用前景。目前的中红外吸收器的吸收频段较窄，很难实现宽带吸收。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于偏压调控的红外吸收器，以实现中红外波段的宽带吸收。
为实现上述目的本发明提供了一种基于偏压调控的红外吸收器，所述红外吸收器包括：
n个吸收单元，n个吸收单元为阵列方式排布设置；各所述吸收单元包括上层基板、下层基板、液晶层、4个梯形光栅和金属基底；
所述金属基底，用于导电，作为下电极；
所述下层基板位于所述金属基底上方，用于作为所述梯形光栅的基底材料；
所述梯形光栅设置于所述下层基板上表面，用于实现不同频段红外波的吸收；
所述液晶层位于所述上层基板和所述下层基板之间，用于形成偏置电场，从而改变介电常数，实现对红外波吸收频段的调谐；
所述上层基板位于所述液晶层上方，用于导电，作为上电极。
可选的，所述梯形光栅由三氧化钼制成。
可选的，4个所述梯形光栅相互旋转对称设置。
可选的，所述上层基板和所述下层基板均为立方体结构。
可选的，所述上层基板立方体结构的边长和所述下层基板立方体结构的边长均为a，所述上层基板立方体结构的厚度为hs，所述下层基板立方体结构的厚度分别为ht，其中，a、ht和hs均为大于0的整数。
可选的，所述液晶层由环氧树脂密封而成。
可选的，所述上层基板为掺杂硅基板。
可选的，所述下层基板为二氧化硅基板。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种基于偏压调控的红外吸收器，红外吸收器包括：n个吸收单元，n个吸收单元为阵列方式排布设置；各吸收单元包括上层基板、下层基板、液晶层、梯形光栅和金属基底；金属基底，用于导电，作为下电极；下层基板位于金属基底上方，用于作为所述梯形光栅的基底材料；梯形光栅设置于下层基板上表面，用于实现不同频段红外波的吸收；液晶层位于上层基板和下层基板之间，用于形成偏置电场，从而改变介电常数，实现对红外波吸收频段的调谐；上层基板位于液晶层上方，用于导电，作为上电极。本发明通过设置上层基板、下层基板、液晶层、梯形光栅和金属基底构成的吸收单元阵列排布，实现了对中红外波宽带的吸收。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的吸收单元三维结构示意图。
图2为本发明在不同的液晶介电常数下对x极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线仿真结果图。
图3为本发明在不同的液晶介电常数下对y极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线仿真结果图。
图4为本发明改变三氧化钼图案层厚度时在不同的液晶介电常数下对x极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线仿真结果图。
图5为本发明改变三氧化钼图案层厚度时在不同的液晶介电常数下对y极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线仿真结果图。
图中标号：1上层基板，2液晶层，3梯形光栅，4下层基板，5金属基底。
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。
本发明的目的是提供一种光调控的宽带红外吸收器，以实现中红外波段的宽带吸收。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明公开一种基于偏压调控的红外吸收器，所述红外吸收器包括：n个吸收单元，n个吸收单元为阵列方式排布设置。
如图1所示，各所述吸收单元包括上层基板1、下层基板4、液晶层2、4个梯形光栅3和金属基底；所述金属基底5用于导电，作为下电极；所述下层基板4位于所述金属基底5上方，用于作为所述梯形光栅3的基底材料；所述梯形光栅3设置于所述下层基板4上表面，用于实现不同频段红外波的吸收；所述液晶层位于所述上层基板1和所述下层基板4之间，用于形成偏置电场，从而改变介电常数，实现对红外波吸收频段的调谐；所述上层基板1位于所述液晶层2上方，用于导电，作为上电极。
作为本发明的一种实施方式，本发明所述所述梯形光栅3由三氧化钼制成，利用三氧化钼不同晶格方向负介电常数频率区间不同的特点，通过巧妙设置三氧化钼贴片的图案对不同极化的入射波实现不同频段的吸收，通过改变三氧化钼梯形光栅的厚度，能够进一步调节吸收带宽，三氧化钼的厚度越大，吸收带宽越小，三氧化钼的厚度越小，吸收带宽越大。
作为本发明的一种实施方式，4个所述梯形光栅3相互旋转对称设置。由于入射光在三氧化钼各晶格方向的负介电常数区间内可以产生phonon谐振。对不同的晶格方向，负介电常数的区间不同，因此对入射光的吸收频段也不同。因此对极化电场沿x的入射波，主要是上下两个梯形光栅3起宽带吸收效果；对极化电场沿y的入射波，主要是左右两个梯形光栅3起宽带吸收效果。
作为本发明的一种实施方式，所述上层基板1和所述下层基板4均为立方体结构；所述上层基板立方体结构的边长和所述下层基板立方体结构的边长均为a，所述上层基板立方体结构的厚度为hs，所述下层基板立方体结构的厚度分别为ht，其中，a、ht和hs均为大于0的整数。
作为本发明的一种实施方式，所述液晶层2由环氧树脂密封而成，通过在上层基板1和金属基底5上施加电压，在所述的液晶层2中形成偏置电场，偏置电场使得液晶分子的排列方向产生偏转，从而改变液晶介电常数，实现对红外波吸收频段的调谐，0偏压时液晶介电常数是2.4，饱和偏压时液晶介电常数是3.8，偏压越大，液晶介电常数越大。
作为本发明的一种实施方式，所述上层基板1为掺杂硅基板。
作为本发明的一种实施方式，所述下层基板4为二氧化硅基板。
图2为通过仿真软件得到的在不同的液晶介电常数下对x极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线。当液晶的介电常数为2.4时，对波长范围为11.21到12.13μm的入射波吸收率大于60％；当液晶的介电常数为3.8时，对全频段内的入射波吸收率均在20％以下。
图3为通过仿真软件得到的在不同的液晶介电常数下对y极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线。当液晶的介电常数为2.4时，对波长范围为13.96到17.89μm的入射波吸收率大于60％；当液晶的介电常数为3.8时，对波长范围为16.23到17.91μm的入射波吸收率大于60％。
图4为通过仿真软件得到的当三氧化钼图案层的厚度为100nm时，在不同的液晶介电常数下对x极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线。当液晶的介电常数为2.4时，对波长范围为11.72到11.98μm的入射波吸收率大于60％；当液晶的介电常数为3.8时，对全频段内的入射波吸收率均在25％以下。
图5为通过仿真软件得到的当三氧化钼图案层的厚度为100nm时，在不同的液晶介电常数下对y极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线。当液晶的介电常数为2.4时，对波长范围为15.68到18.09μm的入射波吸收率大于60％；当液晶的介电常数为3.8时，对波长范围为17.16到18.11μm的入射波吸收率大于60％。
本发明将所述上层基板、下层基板、液晶层、梯形光栅和金属基底构成的吸收单元阵列排布，实现了中红外波的宽带吸收。本发明可通过改变液晶层偏压来实现对中红外波的吸收频段的调节。通过改变三氧化钼贴片的图案，能够实现不同频段的中红外波的吸收。同时，通过改变三氧化钼图案层的厚度，能够进一步调节吸收带。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；
同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于偏压调控的红外吸收器，其特征在于，所述红外吸收器包括：n个吸收单元，n个吸收单元为阵列方式排布设置；各所述吸收单元包括上层基板、下层基板、液晶层、4个梯形光栅和金属基底；
所述金属基底，用于导电，作为下电极；
所述下层基板位于所述金属基底上方，用于作为所述梯形光栅的基底材料；
所述梯形光栅设置于所述下层基板上表面，用于实现不同频段红外波的吸收；所述梯形光栅由三氧化钼制成；4个所述梯形光栅相互旋转对称设置；
所述液晶层位于所述上层基板和所述下层基板之间，用于形成偏置电场，从而改变介电常数，实现对红外波吸收频段的调谐；
所述上层基板位于所述液晶层上方，用于导电，作为上电极。
2.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器，其特征在于，所述上层基板和所述下层基板均为立方体结构。
3.根据权利要求2所述的一种基于偏压调控的红外吸收器，其特征在于，所述上层基板立方体结构的边长和所述下层基板立方体结构的边长均为a，所述上层基板立方体结构的厚度为hs，所述下层基板立方体结构的厚度分别为ht，其中，a、ht和hs均为大于0的整数。
4.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器，其特征在于，所述液晶层由环氧树脂密封而成。
5.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器，其特征在于，所述上层基板为掺杂硅基板。
6.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器，其特征在于，所述下层基板为二氧化硅基板。
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