CN112736489A - 一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器 - Google Patents

一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器 Download PDF

Info

Publication number
CN112736489A
CN112736489A CN202011572358.3A CN202011572358A CN112736489A CN 112736489 A CN112736489 A CN 112736489A CN 202011572358 A CN202011572358 A CN 202011572358A CN 112736489 A CN112736489 A CN 112736489A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terahertz
ultra
perfect absorber
resonance structure
absorber based
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011572358.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吴国璋
刘建国
王远东
韩雪妍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN202011572358.3A priority Critical patent/CN112736489A/zh
Publication of CN112736489A publication Critical patent/CN112736489A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/007—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with means for controlling the absorption

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，至上而下包括：相变结构层(1)，由至少一个环形组件组成，每个环形组件包括至少两个环形结构，用于对太赫兹电磁波进行强损耗吸收；介质层(2)，用于进一步吸收太赫兹电磁波；金属层(3)，用于全反射太赫兹电磁波；温度控制平台(4)，通过控制温度变化改变相变结构层的电导率，可调控对太赫兹电磁波的吸收强度。本发明的超宽带可调型太赫兹完美吸收器可以克服目前的太赫兹吸收器存在吸收带宽窄和电磁吸收强度固定的缺陷，具有更大的太赫兹带宽和更好的灵活性，有利于其在调制、传感、图像等领域的广泛应用。

Description

一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器
技术领域
本发明涉及太赫兹吸收器技术领域，具体涉及一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器。
背景技术
在过去的几十年中，太赫兹波在无线通信，传感器和成像中的广泛应用前景引起了人们的极大兴趣。为了促进太赫兹技术的发展，人们已经提出了基于不同超材料的多种功能器件，例如滤波器，吸收器，偏振转换器等。在太赫兹领域的这些应用中，完美吸收器扮演着重要角色，尤其是在成像，隐形和传感应用中。完美吸收器最先由Landy等人在微波频段提出，它由顶部金属图案和底部金属接地层组成，并由介电层隔开。此后，完美吸收器得到了广泛的发展，不仅限于微波频段，而且还朝着太赫兹，红外，可见光和紫外线等全光谱应用发展。各国的研究者都在朝着宽带、偏振角不敏感和入射角度不敏感的完美吸收器方向发展。然而，目前的太赫兹吸收器还存在吸收带宽窄和电磁吸收强度固定的缺陷。当考虑更大的太赫兹带宽和更好的灵活性时，这些缺陷会限制其实际应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本发明提供了一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，用于至少部分解决传统太赫兹吸收器吸收带宽窄和电磁吸收强度固定等技术问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，至上而下包括：相变结构层1，由至少一个环形组件组成，每个环形组件包括至少两个环形结构，用于对太赫兹电磁波进行强损耗吸收；介质层2，用于进一步吸收太赫兹电磁波；金属层3，用于全反射太赫兹电磁波；温度控制平台4，通过控制温度变化改变相变结构层的电导率，可调控对太赫兹电磁波的吸收强度。
进一步地，环形组件中的至少两个环形结构同心对称。
进一步地，环形结构包括圆环结构、方环结构或两者的结合。
进一步地，环形组件由三个大小不一致的圆环结构组成。
进一步地，相变结构层1的材料包括二氧化钒。
进一步地，介质层的材料2包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化铝。
进一步地，金属层3的材料包括金、银、铜。
进一步地，金属层3的厚度大于0.06μm。
进一步地，太赫兹电磁波的频段范围为2.34THz～5.34THz。
进一步地，温度控制平台4包括温度控制器和驱动控制器，驱动控制器通过电压信号调控温度变化。
(三)有益效果
本发明实施例提供的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，通过温度控制相变材料的电导率来对多层谐振结构的吸收效率进行自由调控，其吸收率通过调节可从4％调节到100％；其作用的太赫兹频段覆盖2.34THz～5.34THz，整体具备90％以上的吸收率。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器的结构示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施例基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器在电导率为2×105S/m下的吸收率和反射率光谱图；
图3示意性示出了根据本发明实施例基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器的吸收率随相变材料电导率变化的光谱图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本公开的实施例提供了一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，请参见图1，至上而下包括：相变结构层1，由至少一个环形组件组成，每个环形组件包括至少两个环形结构，用于对太赫兹电磁波进行强损耗吸收；介质层2，用于进一步吸收太赫兹电磁波；金属层3，用于全反射太赫兹电磁波；温度控制平台4，通过控制温度变化改变相变结构层的电导率，可调控对太赫兹电磁波的吸收强度。
这里相变结构层1即顶层结构，由多个环形组件组成，每个环形组件包括多个环形结构，该环形结构由相变材料制成，当电磁波入射时，环形结构之间的电场会由于耦合效应产生强吸收效果，可对电磁波进行强损耗吸收；第二层介质层材料的厚度通过干涉相消理论进行设计，满足1/4入射波长，可对入射电磁波进一步吸收；第三层金属材料厚度大于趋肤效应的厚度，对入射电磁波进行全反射；底层的温度控制平台通过控制温度变化，使顶层的相变材料从绝缘相朝金属相变化，即通过改变相变材料的电导率来实现吸收器调控吸收强度的能力。该太赫兹完美吸收器能克服目前的太赫兹吸收器存在吸收带宽窄和电磁吸收强度固定的缺陷，具有更大的太赫兹带宽和更好的灵活性。
在上述实施例的基础上，环形组件中的至少两个环形结构同心对称。
环与环之间同心对称，当电磁波入射时，环与环之间的电场会由于耦合效应产生强吸收效果，可对电磁波进行强损耗吸收，使吸收器具有超宽带吸收效果。
在上述实施例的基础上，环形结构包括圆环结构、方环结构或两者的结合。
这里并不限定环形结构的具体形状，环形结构可以是圆环，也可以是方环，还可以是圆环和方环的组合，总之环与环之间耦合效应即可实现强吸收效果。
在上述实施例的基础上，环形组件由三个大小不一致的圆环结构组成。
理论上，环形组件可以由两个、三个、四个···等多个环组成，这里三个大小不一致的圆环结构具有各向同性的特点，即有利于保证吸收器对偏振状态不敏感，同时对入射角度的依赖性也能极大地降低。
在上述实施例的基础上，相变结构层1的材料包括二氧化钒。
顶层的相变材料采用二氧化钒，通过调节二氧化钒的温度，改变其电导率特性，进而改变整体的吸收性能。
在上述实施例的基础上，介质层2的材料包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化铝。
介质层2的材料具有调节整个太赫兹吸收器与空气之间的阻抗匹配的功能，可以实现降低太赫兹吸收器的表面反射，增强吸收的技术效果，这里的二氧化硅、二氧化钛、二氧化铝具有工艺制备技术成熟，制作流程简单的优点。
在上述实施例的基础上，金属层3的材料包括金、银、铜。
金属层3用于对入射电磁波进行全反射，全反射的材料需要具备良好的导电的性能，金、银、铜具有很高的电导率，适合作为金属层进行全反射。
在上述实施例的基础上，金属层3的厚度大于0.06μm。
趋肤效应是指当金属的厚度大于一定的程度之后，能够完全反射入射太赫兹波，阻止其进行透射。金属层3的厚度大于0.06μm时，可以实现全反射的技术效果。
在上述实施例的基础上，太赫兹电磁波的频段范围为2.34THz～5.34THz。
当相变结构层中二氧化钒的电导率在2×105S/m时，整个太赫兹吸收器90％以上的吸收效率所对应的带宽为2.34THz～5.34THz，体现出超宽带吸收能力。
在上述实施例的基础上，温度控制平台4包括温度控制器和驱动控制器，驱动控制器通过电压信号调控温度变化。
底层的温度控制平台包括一温度控制器和一驱动控制器，驱动控制器通过电压信号调控温度控制器的温度变化，进而实现对顶层相变材料的温度控制。
本发明中基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，通过温度控制相变材料的电导率来对多层谐振结构的吸收效率进行自由调控，其吸收率可以从低到高进行调节，同时其在高吸收率工作状态下具有超宽带效果。
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，包括顶层的相变结构层1，第二层的介质层2，第三层的金属层3和底层的温度控制平台4。其中，顶层结构1由三个大小不一致的圆环形结构组成，并且可以形成周期性排列效果；当电磁波入射时，环与环之间的电场会由于耦合效应产生强吸收效果，可对电磁波进行强损耗吸收；介质层2材料可以包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化铝等介质材料，其厚度通过干涉相消理论进行设计，满足1/4入射波长，可进一步增强太赫兹吸收器的吸收能力，降低表面反射；金属层3材料种类可以包括金、银、铜等金属材料，其厚度大于趋肤效应的厚度0.06μm，对入射电磁波进行全反射，阻止其进行透射；底层的温度控制平台4包括一温度控制器和一驱动控制器，驱动控制器通过电压信号调控温度控制器的温度变化，进而实现对顶层相变材料的温度控制，使顶层的相变材料从绝缘相朝金属相变化，实现可自由调控吸收强度的能力。
其中，顶层的相变材料1采用基于二氧化钒的多层谐振环结构，这种多层谐振环结构可以包括圆环结构、方环结构或两者的结合体以及其他环形结构。通过调节二氧化钒的温度，改变其电导率特性，进而改变整体的吸收性能。图2所示当二氧化钒的电导率在2×105S/m时，整个太赫兹吸收器90％以上的吸收效率所对应的带宽为2.34THz～5.34THz，体现出超宽带吸收能力。此外，如图3所示，当通过温度调节改变二氧化钒两端的电导率时，太赫兹吸收器的吸收效率发生巨大变化。可通过将其电导率从200S/m调到2×105S/m，使得吸收器的峰值吸收效率由4％调到100％，极大的加了太赫兹完美吸收器的动态调控特性。与现有技术相比，该太赫兹完美吸收器的带宽更宽且吸收效率可调的范围更大，能够具备峰值吸收效率从低到高的调控特性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，至上而下包括：
相变结构层(1)，由至少一个环形组件组成，每个环形组件包括至少两个环形结构，用于对太赫兹电磁波进行强损耗吸收；
介质层(2)，用于进一步吸收所述太赫兹电磁波；
金属层(3)，用于全反射所述太赫兹电磁波；
温度控制平台(4)，通过控制温度变化改变所述相变结构层的电导率，可调控对所述太赫兹电磁波的吸收强度。
2.根据权利要求1所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述环形组件中的至少两个环形结构同心对称。
3.根据权利要求2所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述环形结构包括圆环结构、方环结构或两者的结合。
4.根据权利要求2所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述环形组件由三个大小不一致的圆环结构组成。
5.根据权利要求1～4任一所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述相变结构层(1)的材料包括二氧化钒。
6.根据权利要求1所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述介质层(2)的材料包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化铝。
7.根据权利要求1所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述金属层(3)的材料包括金、银、铜。
8.根据权利要求7所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述金属层(3)的厚度大于0.06μm。
9.根据权利要求1所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述太赫兹电磁波的频段范围为2.34THz～5.34THz。
10.根据权利要求1所述的基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器，其特征在于，所述温度控制平台(4)包括温度控制器和驱动控制器，所述驱动控制器通过电压信号调控温度变化。
CN202011572358.3A 2020-12-24 2020-12-24 一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器 Pending CN112736489A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011572358.3A CN112736489A (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011572358.3A CN112736489A (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112736489A true CN112736489A (zh) 2021-04-30

Family

ID=75616933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011572358.3A Pending CN112736489A (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112736489A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113933269A (zh) * 2021-11-17 2022-01-14 中国计量大学 基于太赫兹指纹谱的检测两种食品添加剂的超材料芯片
CN114488575A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 天津大学 基于二氧化钒的多功能主动调控太赫兹器件
CN117293553A (zh) * 2023-09-06 2023-12-26 西安理工大学 图案化二氧化钒的可调宽带太赫兹吸收器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190078938A1 (en) * 2016-03-16 2019-03-14 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Detector for terahertz electromagnetic waves
CN208674379U (zh) * 2018-09-07 2019-03-29 南京邮电大学 一种基于电磁超材料的宽频带太赫兹吸波器
CN110071372A (zh) * 2019-03-11 2019-07-30 江苏大学 一种超材料全吸收柔性太赫兹吸波器及其制备方法
CN210040564U (zh) * 2019-08-20 2020-02-07 南京邮电大学 一种基于二氧化钒和腔体谐振的双层太赫兹吸波器
CN210535829U (zh) * 2019-05-08 2020-05-15 南京邮电大学 一种基于多层结构的环形超材料吸波器
CN112103661A (zh) * 2020-09-18 2020-12-18 中国科学院半导体研究所 透明柔性宽带微波低散射结构及透明柔性蒙皮

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190078938A1 (en) * 2016-03-16 2019-03-14 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Detector for terahertz electromagnetic waves
CN208674379U (zh) * 2018-09-07 2019-03-29 南京邮电大学 一种基于电磁超材料的宽频带太赫兹吸波器
CN110071372A (zh) * 2019-03-11 2019-07-30 江苏大学 一种超材料全吸收柔性太赫兹吸波器及其制备方法
CN210535829U (zh) * 2019-05-08 2020-05-15 南京邮电大学 一种基于多层结构的环形超材料吸波器
CN210040564U (zh) * 2019-08-20 2020-02-07 南京邮电大学 一种基于二氧化钒和腔体谐振的双层太赫兹吸波器
CN112103661A (zh) * 2020-09-18 2020-12-18 中国科学院半导体研究所 透明柔性宽带微波低散射结构及透明柔性蒙皮

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
亓丽梅: "《太赫兹电磁超材料功能器件的设计与实现》", 30 September 2019 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113933269A (zh) * 2021-11-17 2022-01-14 中国计量大学 基于太赫兹指纹谱的检测两种食品添加剂的超材料芯片
CN113933269B (zh) * 2021-11-17 2024-01-09 中国计量大学 基于太赫兹指纹谱的检测食品添加剂的超材料芯片
CN114488575A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 天津大学 基于二氧化钒的多功能主动调控太赫兹器件
CN114488575B (zh) * 2022-01-25 2024-01-02 天津大学 基于二氧化钒的多功能主动调控太赫兹器件
CN117293553A (zh) * 2023-09-06 2023-12-26 西安理工大学 图案化二氧化钒的可调宽带太赫兹吸收器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112736489A (zh) 一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器
CN109037958B (zh) 一种单/双频段可调谐太赫兹波超材料吸收器
CN111525277A (zh) 一种二氧化钒超材料加载于介质层的宽带可调吸波器
CN112292014B (zh) 基于相变材料和石墨烯的微波透射通带可调高透光光窗
Zeng et al. A tunable ultra-broadband linear-to-circular polarization converter containing the graphene
CN209880825U (zh) 一种光控可调谐太赫兹吸收器
CN113809544B (zh) 一种砷化镓/石墨烯复合超材料太赫兹宽带吸收器
CN110416742B (zh) 一种轻薄宽频吸波超材料
CN104810579A (zh) 一种基于人工表面等离激元的可调带阻滤波器
CN112162444B (zh) 基于相变原理的双频带到宽频带的太赫兹吸收开关
CN212783820U (zh) 一种基于二氧化钒相变材料的宽带可调太赫兹吸波器
Shawkat et al. Three band absorber design and optimization by neural network algorithm
CN112086758B (zh) 一种基于狄拉克半金属和水的双控、宽带太赫兹波吸收器
Wang et al. Multi-band terahertz metasurface absorber
CN110265791A (zh) 一种基于复合型全介质的光可调高q值太赫兹吸收器
CN111755833A (zh) 一种多频带有源超材料吸波器
Chen et al. Tunable and three-dimensional dual-band metamaterial absorber based on electromagnetically induced transparency with vanadium dioxide
CN115621744A (zh) 一种基于石墨烯-vo2的太赫兹超宽带可调吸波器
Sitara et al. A multi-band polarization insensitive metasurface based microwave absorber using square and circular loop with lumped elements
CN115911885A (zh) 基于温控网状二氧化钒微结构的太赫兹宽带吸波器
CN114267959A (zh) 一种基于多层超材料的偏振控制相干完美吸收器
CN113359326B (zh) 基于等离子体超材料的电磁调制器及多功能调制方法
Karim et al. Low‐pass filter using a hybrid EBG structure
Wang et al. An ultra-thin wideband 3-D frequency selective rasorber based on ferrite absorber and slow wave structure
Li et al. Design of high-gain lens antenna based on phase-gradient metasurface

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210430

RJ01 Rejection of invention patent application after publication