CN111580268B - 适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法及系统，包括：步骤S1：将亚波长尺度的介电光栅层和高反射基底层构建成设定结构；步骤S2：选择介电光栅的几何尺寸，包括宽度w和厚度t，满足一定倍数关系；步骤S3：将周期沿着x方向，使得入射光为p偏振，入射波矢沿y轴负方向，入射电场Ex沿着x方向，入射磁场Hz沿z方向，其中，p为亚波长尺度光栅结构的周期；步骤S4：设定结构能有效地将电磁辐射能量集中在光栅平面内。本发明解决了现有的吸收(发射)器件依赖于贵金属材料或者多层膜结构造价和尺度较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及选择性吸收/发射器件技术领域，具体地，涉及一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法及系统。
背景技术
选择性的发射/吸收器的设计在太阳能电池、热光伏、辐射制冷、气体探测等领域都有着广泛应用。近年来，超材料、超表面等的兴起为高性能吸收/发射器件的设计提供了全新的平台，研究者们的目光集中在光子晶体、多层膜结构、金属-介电-金属的MIM结构以及双曲超材料甚至二维材料上，通过激发磁激子、表面等离激元或表面声子极化激元从而实现在特定波长下的完美吸收。尽管吸收/发射器的研究已取得了一定的成果，但目前仍面临着一些问题和挑战：(1)首先，大部分研究设计得到的高发射/吸收特性依赖于材料自身的光学特性，如表面等离激元和表面声子极化激元，其受限于特定材料的特定波段；(2)其次，目前吸收/发射器件设计所用材料多集中于如金、银、钨等金属或碳化硅等极性材料，或者六方氮化硼以及石墨烯的新型材料等，这些材料的加工成本较高，与半导体材料如硅、锗等相比加工工艺尚不是很成熟，因此短时间内很难应用于实际；(3)此外，面对设备尺度日益微型化的需求，所设计的吸收/发射器件的尺寸大小对吸收性能的影响分析还比较少，特别是对于常用的周期性结构，周期的个数以及实际加工中周期的变化都是在设计中需要考虑的因素。高介电常数材料，如硅、锗等，其因光学损失较低一直未受到吸收/发射器研究者的青睐，但实际上，其高阶电磁模态激发能力在高吸收特性方面也具有巨大的潜力，并且其半导体加工工艺相对成熟且易于与现有系统集成，优势明显。本发明即是基于常用的介电材料提出一种适用于任意波长的选择性完美发射/吸收器的设计原则，解决上述技术难题。
专利文献CN106025051B公开了一种发射辐射的半导体器件及其制造方法，该半导体器件具有芯片连接区(3)，发射辐射的半导体芯片(1)，以及光吸收材料(4)，其中发射辐射的半导体芯片(1)固定在芯片连接区(3)处，芯片连接区(3)在所述芯片连接区没有被发射辐射的半导体芯片(1)覆盖的位置处用该光吸收材料(4)覆盖，以及发射辐射的半导体芯片(1)局部地没有光吸收材料(4)。该专利在性能上仍然有待提高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法及系统。
根据本发明提供的一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法，其特征在于，包括：
步骤S1：将亚波长尺度的介电光栅层和高反射基底层构建成设定结构；
步骤S2：欲实现目标工作波长λ的高吸收(发射)特性，选择介电光栅的几何尺寸，包括宽度w和厚度t，满足一定倍数关系；
步骤S3：将周期沿着x方向，使得入射光为p偏振，入射波矢沿y轴负方向，入射电场Ex沿着x方向，入射磁场Hz沿z方向，其中，p为亚波长尺度光栅结构的周期；
步骤S4：在满足上述设计要求后，设定结构能有效地将电磁辐射能量集中在光栅平面内，从而实现在目标波长下高吸收(发射)特性；在本发明提出的有效区域内合理选择设定光栅尺寸(w，t，p)，获取适用于任意波长的选择性吸收/发射器件。
优选地，所述步骤S1包括：
步骤S1.1：介电光栅层由常用的低吸收特性的介电材料组成，所述介电光栅层的折射率n＝3.5，如锗Ge，硅Si等组成，具体材料选择可根据目标吸收(发射)波长决定；
所述介电材料的吸收特性小于设定阈值；
步骤S1.2：选用金属材料作为高反射基底层，如铝A1等。
优选地，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：有效区域取决于单根光栅结构的远场散射角分布特点：配置远场散射角分布；
二维类圆柱形散射体的远场散射振幅为
其中，am为不同阶电磁模态的散射系数，非圆柱形二维散射体的散射系数采用多极子展开方式，m为电磁模态的阶数，θ为散射角，η为真空中阻抗；
步骤S2.2：配置有效区域内单根光栅结构的散射系数满足a1＝0，|a0|＝2|a2|，|δ0-δ2|＝π，其中，δ为散射系数的相位；
p偏振下，0阶电磁模态为磁偶极子，1阶电磁工作为电偶极子，2阶电磁共振为电四极子；
步骤S2.3：当散射系数满足步骤S2.2的条件时，使远场散射振幅满足前向和后向散射同时为0，即T(0)→0且T(π)→0，于是散射能量全部集中在与入射方向垂直的横向平面内，即光栅结构面内。
优选地，所述步骤S2还包括：
步骤S2.4：在给定折射率n＝3.5时，计算不同宽度w和不同厚度t下前向(θ＝0)和后向(θ＝π)振幅T(θ)，获取设定有效区域。
优选地，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：因高吸收(发射)特性由单个光栅的散射特性决定，光栅周期p的大小对所述选择性吸收(发射)器件的工作波长和性能的影响较小，对选择性吸收/发射器件的目标波长进一步通过光栅周期进行微调。
根据本发明提供的一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造系统，其特征在于，包括：
模块M1：将亚波长尺度的介电光栅层和高反射基底层构建成设定结构；
模块M2：欲实现目标工作波长λ的高吸收(发射)特性，选择介电光栅的几何尺寸，包括宽度w和厚度t，满足一定倍数关系；
模块M3：将周期沿着x方向，使得入射光为p偏振，入射波矢沿y轴负方向，入射电场Ex沿着x方向，入射磁场Hz沿z方向，其中，p为亚波长尺度光栅结构的周期；
模块M4：在满足上述设计要求后，设定结构能有效地将电磁辐射能量集中在光栅平面内，从而实现在目标波长下高吸收(发射)特性；在本发明提出的有效区域内合理选择设定光栅尺寸(w，t，p)，获取适用于任意波长的选择性吸收/发射器件。
优选地，所述模块M1包括：
模块M1.1：介电光栅层由常用的低吸收特性的介电材料组成，所述介电光栅层的折射率n＝3.5，如锗Ge，硅Si等组成，具体材料选择可根据目标吸收(发射)波长决定；
所述介电材料的吸收特性小于设定阈值；
模块M1.2：选用金属材料作为高反射基底层，如铝Al等。
优选地，所述模块M2包括：
模块M2.1：有效区域取决于单根光栅结构的远场散射角分布特点：配置远场散射角分布；
二维类圆柱形散射体的远场散射振幅为
其中，am为不同阶电磁模态的散射系数，非圆柱形二维散射体的散射系数采用多极子展开方式，m为电磁模态的阶数，θ为散射角，η为真空中阻抗；
模块M2.2：配置有效区域内单根光栅结构的散射系数满足a1＝0，|a0|＝2|a2|，|δ0-δ2|＝π，其中，δ为散射系数的相位；
p偏振下，0阶电磁模态为磁偶极子，1阶电磁工作为电偶极子，2阶电磁共振为电四极子；
模块M2.3：当散射系数满足模块M2.2的条件时，使远场散射振幅满足前向和后向散射同时为0，即T(0)→0且T(π)→0，于是散射能量全部集中在与入射方向垂直的横向平面内，即光栅结构面内。
优选地，所述模块M2还包括：
模块M2.4：在给定折射率n＝3.5时，计算不同宽度w和不同厚度t下前向(θ＝0)和后向(θ＝π)振幅T(θ)，获取设定有效区域。
优选地，所述模块M3包括：
模块M3.1：因高吸收(发射)特性由单个光栅的散射特性决定，光栅周期p的大小对所述选择性吸收(发射)器件的工作波长和性能的影响较小，对选择性吸收/发射器件的目标波长进一步通过光栅周期进行微调。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过计算单个介电光栅的远场散射角分布特点，明确给出了利用低损耗介电材料实现相应波长选择性吸收(发射)器件的设计方法，解决了现有的吸收(发射)器件依赖于贵金属材料或者多层膜结构造价和尺度较大的问题，可由常用的低损耗的工艺成熟的半导体材料如Si、Ge等组成。对于其中具体的实施案例：p偏振入射下，欲在目标波长λ＝1.43μm处实现高吸收，根据图2，对于介电常数n＝3.5的介电光栅厚度可为t＝0.5μm，相应地光栅宽度可为w＝1.35t＝0.675μm；
2、本发明通过给出目标高吸收(发射)波长与介电光栅介电常数、光栅宽度和光栅高度的直接关系，解决了现有的吸收(发射)器设计工作波段受限，缺乏明确的设计原则的问题，可直接根据倍数关系设计得到适用于任意波长的选择性吸收(发射)器件。对于其中具体的实施案例：根据本发明提出的介电光栅选择性吸收器件设计原则，设置光栅厚度为t＝0.5μm时，宽度分别为w＝1.35t，1.4t，1.45t，1.5t和1.55t，周期为p＝w+0.07um时，可在近红外(1.4～1.7μm)相应波段实现高吸收特性。根据本发明提出的介电光栅选择性吸收器件设计原则，设置介电光栅宽度w＝1.35t，周期为p＝w+0.07um，相应地设置不同厚度t＝2.97～3.67μm，可实现在中红外(8～11μm)相应波长下的高吸收特性；
3、本发明利用单个光栅同时实现零前向和零后向散射的特性来设计高吸收(发射)器件，解决了传统的高吸收光栅结构对于严格周期性条件的依赖，使得本发明所设计结构的吸收特性对周期和周期大小的变化敏感程度低。对于其中具体的实施案例：介电光栅结构t＝0.5um，w＝1.45t，n＝3.5时，周期在0.8μm～1μm之间变化时，吸收峰位置的变化仅为0.032μm。介电光栅结构t＝0.5um，w＝1.45t，n＝3.5，当光栅个数N大于15时，吸收效率图谱的峰值基本保持不变，说明在本发明指导下设计的吸收器件在小尺度(＞15p)下仍能保持优异性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明介电吸收/器件的结构示意图。
图2为本发明提出的介电光栅几何尺寸设计原则示意图。
图3为本发明3种条件下的前后向散射强度对比示例示意图。
图4为本发明示例的介电光栅结构，t＝0.5um时，有效范围内不同宽度w的吸收图谱示意图。
图5为本发明示例的介电光栅结构，w＝1.35t时，有效范围内不同厚度t下工作波段在近红外的吸收图谱示意图。
图6为本发明示例的介电光栅结构，w＝1.35t时，有效范围内不同厚度t下工作波段在中红外的吸收图谱示意图。
图7为本发明示例的介电光栅结构t＝0.Sum，w＝1.45t时，不同周期下的吸收图谱示意图。
图8为本发明示例的介电光栅结构在基底存在时不同个数周期(N)的吸收效率对比示意图。
图9为本发明示例的介电光栅结构t＝0.5um，w＝1.45t时吸收图谱随背景材料折射率的变化示意图。
图10为本发明示例的t＝0.5um，w＝1.45t时吸收峰值位置随背景材料折射率的变化示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-10所示，根据本发明提供的一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法，其特征在于，包括：
步骤S1：将亚波长尺度的介电光栅层和高反射基底层构建成设定结构；
步骤S2：欲实现目标工作波长λ的高吸收(发射)特性，选择介电光栅的几何尺寸，包括宽度w和厚度t，满足一定倍数关系；
步骤S3：将周期沿着x方向，使得入射光为p偏振，入射波矢沿y轴负方向，入射电场Ex沿着x方向，入射磁场Hz沿z方向，其中，p为亚波长尺度光栅结构的周期；
步骤S4：在满足上述设计要求后，设定结构能有效地将电磁辐射能量集中在光栅平面内，从而实现在目标波长下高吸收(发射)特性；在本发明提出的有效区域内合理选择设定光栅尺寸(w，t，p)，获取适用于任意波长的选择性吸收/发射器件。
优选地，所述步骤S1包括：
步骤S1.1：介电光栅层由常用的低吸收特性的介电材料组成，所述介电光栅层的折射率n＝3.5，如锗Ge，硅Si等组成，具体材料选择可根据目标吸收(发射)波长决定；
所述介电材料的吸收特性小于设定阈值；
步骤S1.2：选用金属材料作为高反射基底层，如铝Al等。
优选地，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：有效区域取决于单根光栅结构的远场散射角分布特点：配置远场散射角分布；
二维类圆柱形散射体的远场散射振幅为
其中，am为不同阶电磁模态的散射系数，非圆柱形二维散射体的散射系数采用多极子展开方式，m为电磁模态的阶数，θ为散射角，η为真空中阻抗；
步骤S2.2：配置有效区域内单根光栅结构的散射系数满足a1＝0，|a0|＝2|a2|，|δ0-δ2|＝π，其中，6为散射系数的相位；
p偏振下，0阶电磁模态为磁偶极子，1阶电磁工作为电偶极子，2阶电磁共振为电四极子；
步骤S2.3：当散射系数满足步骤S2.2的条件时，使远场散射振幅满足前向和后向散射同时为0，即T(0)→0且T(π)→0，于是散射能量全部集中在与入射方向垂直的横向平面内，即光栅结构面内。
优选地，所述步骤S2还包括：
步骤S2.4：在给定折射率n＝3.5时，计算不同宽度w和不同厚度t下前向(θ＝0)和后向(θ＝π)振幅T(θ)，获取设定有效区域。
优选地，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：因高吸收(发射)特性由单个光栅的散射特性决定，光栅周期p的大小对所述选择性吸收(发射)器件的工作波长和性能的影响较小，对选择性吸收/发射器件的目标波长进一步通过光栅周期进行微调。
根据本发明提供的一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造系统，其特征在于，包括：
模块M1：将亚波长尺度的介电光栅层和高反射基底层构建成设定结构；
模块M2：欲实现目标工作波长λ的高吸收(发射)特性，选择介电光栅的几何尺寸，包括宽度w和厚度t，满足一定倍数关系；
模块M3：将周期沿着x方向，使得入射光为p偏振，入射波矢沿y轴负方向，入射电场Ex沿着x方向，入射磁场Hz沿z方向，其中，p为亚波长尺度光栅结构的周期；
模块M4：在满足上述设计要求后，设定结构能有效地将电磁辐射能量集中在光栅平面内，从而实现在目标波长下高吸收(发射)特性；在本发明提出的有效区域内合理选择设定光栅尺寸(w，t，p)，获取适用于任意波长的选择性吸收/发射器件。
优选地，所述模块M1包括：
模块M1.1：介电光栅层由常用的低吸收特性的介电材料组成，所述介电光栅层的折射率n＝3.5，如锗Ge，硅Si等组成，具体材料选择可根据目标吸收(发射)波长决定；
所述介电材料的吸收特性小于设定阈值；
模块M1.2：选用金属材料作为高反射基底层，如铝Al等。
优选地，所述模块M2包括：
模块M2.1：有效区域取决于单根光栅结构的远场散射角分布特点：配置远场散射角分布；
二维类圆柱形散射体的远场散射振幅为
其中，am为不同阶电磁模态的散射系数，非圆柱形二维散射体的散射系数采用多极子展开方式，m为电磁模态的阶数，θ为散射角，η为真空中阻抗；
模块M2.2：配置有效区域内单根光栅结构的散射系数满足a1＝0，|a0|＝2|a2|，|δ0-δ2|＝π，其中，6为散射系数的相位；
p偏振下，0阶电磁模态为磁偶极子，1阶电磁工作为电偶极子，2阶电磁共振为电四极子；
模块M2.3：当散射系数满足模块M2.2的条件时，使远场散射振幅满足前向和后向散射同时为0，即T(0)→0且T(π)→0，于是散射能量全部集中在与入射方向垂直的横向平面内，即光栅结构面内。
优选地，所述模块M2还包括：
模块M2.4：在给定折射率n＝3.5时，计算不同宽度w和不同厚度t下前向(θ＝0)和后向(θ＝π)振幅T(θ)，获取设定有效区域。
优选地，所述模块M3包括：
模块M3.1：因高吸收(发射)特性由单个光栅的散射特性决定，光栅周期p的大小对所述选择性吸收(发射)器件的工作波长和性能的影响较小，对选择性吸收/发射器件的目标波长进一步通过光栅周期进行微调。
图1为本发明吸收结构的示意图，由高反层和介电光栅层组成。介电光栅层的厚度为t，宽度为w，周期为p。优选地，高反层可选用金属材料，如Al，介电光栅的折射率为n＝3.5。对于具体的加工工艺，可选择具有高反特性的基底或者通过多靶磁控溅射大于100nm厚的Al膜即可，介电光栅材料可通过等离子体化学气相沉积镀相应厚度的Si膜，根据目标波长尺度和光栅宽度和周期选择电子束光刻或紫外光刻技术等。
图2为本发明所提出的实现任意波段选择性高吸收/发射特性的设计原则。该图给出了当材料折射率n＝3.5时，入射光沿着y轴负方向，入射偏振为p偏振(Ex，ky，Hz)时，目标波长λ与单根介电光栅宽度w和厚度t的变化关系，当三者关系满足图中有效区域内的条件时，可在相应波长实现近完美吸收。需要说明的是本发明所提出的设计方法同样可扩展到其他不同折射率的介电材料，以及s偏振。
图3为本发明单根介电光栅(n＝3.5)在三种条件下的前后向散射强度的对比，其中：A：w＝1.35t；B：w＝1.45t；C：w＝1.55t。
其中am为不同阶电磁模态的散射系数，非圆柱形二维散射体的散射系数采用多极子展开方法，m为电磁模态的阶数，θ为散射角，η为真空中阻抗。特别地，对于二维散射体，对于散射单体，同时实现零前向和零后向散射的条件为a1＝0，|a0|＝2|a2|，|δ0-δ2|＝π，其中6为散射系数的相位。
实施案例1
根据本发明提出的介电光栅选择性吸收器件设计原则，设置光栅厚度为t＝0.5μm时，宽度分别为w＝1.35t，1.4t，1.45t，1.5t和1.55t，周期为p＝w+0.07um时，如图4所示，在近红外相应波段均实现了高吸收。需要指出的是，实现高吸收的目标波长可根据实际需要在本发明提出的有效区间内进行选择。
实施案例2
根据本发明提出的介电光栅选择性吸收器件设计原则，设置介电光栅宽度w＝1.35t，周期为p＝w+0.07um，在本发明提出的有效范围内，图5为不同厚度t下工作波段在近红外的吸收图谱，图6为不同厚度t下工作波段在中红外的吸收图谱，在相应波段均实现了近乎完美的高吸收特性。需要指出的是，实现高吸收的目标波长可根据实际需要在本发明提出的有效区间内进行选择。
图7为本发明示例的介电光栅结构t＝0.5um，w＝1.45t时，不同周期下的吸收图谱。周期在0.78μm～0.98μm之间变化时，吸收峰位置的变化仅为0.039μm。需要指出的是，峰值的偏移是由于相邻介电光栅间距较小时存在的近场模态耦合效应影响了单体散射系数，可通过微调周期或宽度达到预期效果。
图8为本发明示例的介电光栅结构在基底存在，t＝0.5um，w＝1.45t时不同个数(N)光栅结构的吸收效率对比。当光栅个数大于15时，吸收效率图谱的峰值基本保持不变，说明在本发明指导下设计的吸收器件在小尺度(＞15p)下仍能保持优异性能。
实施案例3
依据本发明所提出适用于任意波长的选择性吸收/发射器件设计方法得到元器件，可进一步应用于气体探测和折射率探测器的设计开发。图9为本发明示例的介电光栅结构t＝0.5um，w＝1.45t时吸收图谱随背景材料折射率的变化图谱，其探测灵敏度(S＝dλ/dnb，nb为背景折射率)高达350nm RIU-1，如图10。
显然，本发明的上述案例仅仅是为了清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的原则之内所做出的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法，其特征在于，包括：
步骤S1：将亚波长尺度的介电光栅层和高反射基底层构建成设定结构；
步骤S2：选择介电光栅的几何尺寸，包括宽度w和厚度t，满足设定倍数关系；
步骤S3：将周期沿着x方向，使得入射光为p偏振，入射波矢沿y轴负方向，入射电场Ex沿着x方向，入射磁场Hz沿z方向，
其中，p为亚波长尺度光栅结构的周期；
步骤S4：设定结构将电磁辐射能量集中在光栅平面内；在有效区域内选择设定光栅尺寸(w，t，p),获取适用于任意波长的选择性吸收/发射器件；
所述步骤S1包括：
步骤S1.1：介电光栅层由介电材料组成，所述介电光栅层的折射率n＝3.5；
所述介电材料的吸收特性小于设定阈值；
步骤S1.2：选用金属材料作为高反射基底层；
所述步骤S2包括：
步骤S2.1：配置远场散射角分布；
二维类圆柱形散射体的远场散射振幅为
其中，am为不同阶电磁模态的散射系数，非圆柱形二维散射体的散射系数采用多极子展开方式，m为电磁模态的阶数，θ为散射角,η为真空中阻抗；
步骤S2.2：配置有效区域内单根光栅结构的散射系数满足a1＝0，|a0|＝2|a2|，|δ0-δ2|＝π，其中，δ为散射系数的相位；
p偏振下，0阶电磁模态为磁偶极子，1阶电磁工作为电偶极子，2阶电磁共振为电四极子；
步骤S2.3：当散射系数满足步骤S2.2的条件时，使远场散射振幅满足前向和后向散射同时为0，即T(0)→0且T(π)→0，于是散射能量全部集中在与入射方向垂直的横向平面内，即光栅结构面内。
2.根据权利要求1所述的适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
步骤S2.4：在给定折射率n＝3.5时，计算不同宽度w和不同厚度t下前向(θ＝0)和后向(θ＝π)振幅T(θ)，获取设定有效区域。
3.根据权利要求1所述的适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：对选择性吸收/发射器件的目标波长进一步通过光栅周期进行微调。
4.一种适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造系统，其特征在于，包括：
模块M1：将亚波长尺度的介电光栅层和高反射基底层构建成设定结构；
模块M2：选择介电光栅的几何尺寸，包括宽度w和厚度t，满足设定倍数关系；
模块M3：将周期沿着x方向，使得入射光为p偏振，入射波矢沿y轴负方向，入射电场Ex沿着x方向，入射磁场Hz沿z方向，
其中，p为亚波长尺度光栅结构的周期；
模块M4：设定结构将电磁辐射能量集中在光栅平面内；在有效区域内选择设定光栅尺寸(w，t，p),获取适用于任意波长的选择性吸收/发射器件；
述模块M1包括：
模块M1.1：介电光栅层由介电材料组成，所述介电光栅层的折射率n＝3.5；
所述介电材料的吸收特性小于设定阈值；
模块M1.2：选用金属材料作为高反射基底层；
所述模块M2包括：
模块M2.1：配置远场散射角分布；
二维类圆柱形散射体的远场散射振幅为
其中，am为不同阶电磁模态的散射系数，非圆柱形二维散射体的散射系数采用多极子展开方式，m为电磁模态的阶数，θ为散射角,η为真空中阻抗；
模块M2.2：配置有效区域内单根光栅结构的散射系数满足a1＝0，|a0|＝2|a2|,|δ0-δ2|＝π，其中，δ为散射系数的相位；
p偏振下，0阶电磁模态为磁偶极子，1阶电磁工作为电偶极子，2阶电磁共振为电四极子；
模块M2.3：当散射系数满足模块M2.2的条件时，使远场散射振幅满足前向和后向散射同时为0，即T(0)→0且T(π)→0，于是散射能量全部集中在与入射方向垂直的横向平面内，即光栅结构面内。
5.根据权利要求4所述的适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造系统，其特征在于，所述模块M2还包括：
模块M2.4：在给定折射率n＝3.5时，计算不同宽度w和不同厚度t下前向(θ＝0)和后向(θ＝π)振幅T(θ)，获取设定有效区域。
6.根据权利要求4所述的适用于任意波长的选择性吸收/发射器件构造系统，其特征在于，所述模块M3包括：
模块M3.1：对选择性吸收/发射器件的目标波长进一步通过光栅周期进行微调。
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