CN112909569A - 一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器 - Google Patents

一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器 Download PDF

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楼英超
陈彭
徐亮
林婷艳
方波
魏益松
王佳赛
王铭阳
丁玉林
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China Jiliang University
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China Jiliang University
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    • 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
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Abstract

本发明公开了一种三层双谐振宽带太赫兹波吸收器。它包括底层金属铜层、衬底硅和三层金属介质叠加排列；其中金属铜层位于最底层，其上覆盖薄层硅，最上层是三层金属介质堆叠结构，与其他太赫兹吸收器相比，通过改变表层金属环的角度实现超表面结构获得更宽的工作频宽，内部谐振腔设计进一步拓展带宽，三层结构更好的吸收外部能量且保证了最小厚度实现最大吸收效益，且每层对角环均采用对称设计，保证吸收器功能的稳定性。从设计角度出发，减少了传统设计的超表面吸收器层数。本发明具有结构简单，宽带吸收，易加工与易实现等优点。

Description

一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器
技术领域
本发明吸收器，尤其涉及一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器。
背景技术
太赫兹波段是指频率在0.1～10THz(波长在30μm～3mm区间)的电磁波。其低能性、高穿透性、指纹谱性、宽带性、瞬态性和相干性等特性常常应用于生物医学成像、安全检查、雷达、天文学、通信技术、无损检测等领域。由于太赫兹在电磁波频段中处于微波段与红外波段之间，兼具微波与光波的一些特性，但又不能完全应用低频或高频理论。虽然自然界能与太赫兹响应的物质不多，导致太赫兹应用较少，但电磁超表面的出现，为太赫兹的实际应用提供了条件。
吸收器是太赫兹应用发展中最重要的方向之一，而现存太赫兹吸收器设计中普遍存在工作频带窄，结构厚，吸收率低，不易加工等问题。针对以上缺点，本发明设计了一种频带宽，性能稳定，结构简单易加工且具有宽带吸收特性的一种三层双谐振宽带太赫兹波吸收器。
超材料是指工作在亚波长，电磁参数(包括介电常数与磁导率)可人为设计的一种周期阵列结构，与天然材料相比有着特殊的物理性质(例如负折射率，逆多普勒效应，完美透镜等)，在太赫兹频段应用超材料可以对太赫兹波的振幅、相位、偏振特性与传输特性进行有效的调控，从而对太赫兹频段的应用提供新的启发。
发明内容
本发明提供一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器，技术方案如下：
三层双谐振宽带太赫兹波吸收器。它包括底层金属铜层、衬底硅和三层金属介质叠加排列；其中金属铜层位于最底层，其上覆盖薄层硅，最上层是三层金属介质堆叠结构，与其他太赫兹吸收器相比，通过改变表层金属环的角度实现超表面结构获得更宽的工作频宽，内部谐振腔设计进一步拓展带宽，三层结构更好的吸收外部能量且保证了最小厚度实现最大吸收效益，且每层对角环均采用对称设计，保证吸收器功能的稳定性。从设计角度出发，减少了传统设计的超表面吸收器层数。本发明具有结构简单，宽带吸收，易加工与易实现等优点。
接地层为金属铜，单元尺寸300×300μm，厚度t＝18μm。衬底采用纯度较高的硅层，300×300μm，厚度a＝3μm。介质材料采用最常用的聚酰亚胺材料，介电常数εr＝3.5,厚度h＝8μm。以最下层几何金属为参照，中层和下层表面大小依次为其0.8倍与0.6倍放缩，厚度不变。表面设计的几何型状圆形与内部谐振设计见附图。
本发明具有结构简单紧凑，尺寸小，超宽带吸收和易实现等优点。
附图说明：
图1是三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器的CST三维建模图；
图2是三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器的三维结构示意图；
图3是最底层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器的主视图；
图4是三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器的仿真性能曲线图。
具体实施方案
如图1～3所示，三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器。它包括底层金属铜层、衬底硅和三层金属介质排列；其中金属铜层位于最底层，其上覆盖薄层硅，最上层是三层介质金属堆叠结构，设计的金属几何结构采用对角对称，减少结构计算量。
所述结构经电磁仿真软件CST优化后的尺寸如下：接地层为金属铜，单元尺寸300×300μm，厚度t＝18μm。衬底采用纯度较高的硅层，300×300μm，厚度a＝3μm。介质材料采用最常用的聚酰亚胺材料，介电常数εr＝3.5,厚度h＝8μm。以最下层几何金属为参照，中层和下层表面大小依次为其0.8倍与0.6倍放缩，厚度不变。表面设计的几何型状圆形与内部谐振设计见附图。
实施例1
三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器：
本实施例中，基于太赫兹吸收器的结构和各部件形状如上所述，因此不再赘述。但各部件的具体参数如下：金属铜层位于最底层，其上覆盖薄层硅，最上层是三层介质金属结构。接地层为金属铜，单元尺寸300×300μm，厚度t＝18μm。衬底采用纯度较高的硅层，300×300μm，厚度a＝3μm。介质材料采用最常用的聚酰亚胺材料，介电常数εr＝3.5,厚度h＝8μm。以最下层几何金属为参照，中层和下层表面大小依次为其0.8倍与0.6倍放缩，厚度不变。经过CST仿真得到的吸收率曲线图如图3所示。由图可知，在3.36-4.68THz频率段内，吸收器吸收率在87％以上实现宽带吸收，在3.38-3.88THz与4.13-4.65THz频段内，吸收器吸收率在90％以上，实现了双频带宽带高吸收特性，其中在4.32THz处吸收率达到了98％。

Claims (5)

1.一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器，其特征在于它包括同一层表面金属环开口不同(1)、不同层表面金属旋转(2)不同层比例缩放(3)。
2.如权利要求1所述的一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器，其特征在于所述的同一层表面金属环旋转结构(1)的1环与2环开口大小不同。
3.如权利要求1所述的一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器，其特征在于所述的不同层表面金属旋转(2)的底层几何金属与中层相比旋转了90°。
4.如权利要求1所述的一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器，其特征在于所述的不同层比例缩放(3)的金属结构，最上层与中层依次是底层几何金属表面的0.6倍与0.8倍缩放。
5.如权利要求1所述的一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器，其特征在于所述的金属介质堆叠结构，在双谐振腔的基础上进行缩放与旋转。
CN202110116855.0A 2021-01-28 2021-01-28 一种三层圆形内外双谐振腔宽带太赫兹波超表面吸收器 Pending CN112909569A (zh)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114488525A (zh) * 2022-04-15 2022-05-13 中国科学院光电技术研究所 一种超构表面成像系统、设计方法和探测器

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