CN115663478A - 一种双频段超材料吸波体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频段超材料吸波体，该吸波体包括M×N个周期性单元，其中，M、N均为大于等于2的正整数；每个单元是由谐振层、介质层和金属底层构成的三层结构，谐振层的材料是二维材料Ti₃C₂T_x，谐振层为位于中心的正方形贴片、矩形贴片和四个角上的直角条带构成的图案结构。本发明提供的超材料吸波体具有两个吸收频带，在每一个吸收频带均能达到99.9％的完美吸收，且吸波体的周期对加工误差具有非常好的容忍度。

Description

一种双频段超材料吸波体

技术领域

本发明涉及电磁波及光电器件、光通信技术领域，尤其是涉及一种双频段超材料吸波体。

背景技术

作为一种能够吸收特定频率(或波长)的电磁波的器件，超材料吸波体因其能实现接近100％吸收率(又叫完美超材)而备受关注。为适应多频段工作的需求，研究者相应地提出了一些双频段或多频段超材料吸波体。在这些双频或多频超材料吸波体中，达到完美吸收(接近100％的吸收率)的频带很窄或者甚至根本达不到完美吸收：吸收频带的吸收率一般在90％以上，达不到99％的近完美吸收；或者大多数完美吸收只存在单一频段；或者完美吸收只能在个别频点(吸收峰)处实现。此外，这些双频段或多频段的超材料吸波体的性能与周期密切相关，即加工时，周期的加工误差可能会造成吸收率的较大变化。这就对加工工艺及精度提出了较高的要求。

发明内容

基于此，有必要提出一种在每个吸收频带都能够实现完美吸收(超过99％的吸收率)、且对周期的加工误差有较高容忍度的双频段超材料吸波体。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种双频段超材料吸波体，其特征在于：所述吸波体为周期性结构，包括M×N个单元，相邻单元无间距，M、N均为大于等于2的正整数；

所述单元为三层结构，沿着波入射方向，依次为谐振层、介质层和金属底层；

所述各层的横截面均为正方形；所述谐振层的中心与所述介质层和金属底层的中心的连线垂直于所述谐振层、所述介质层和金属底层；

所述谐振层的材料为二维材料Ti₃C₂T_x；

所述谐振层由图案构成；所述介质层和金属底层为无图案的一整层材料；

所述谐振层图案由位于中心的正方形贴片、紧邻正方形贴片的矩形贴片和位于四个角的直角条带构成；所述矩形贴片的外部的边与所述谐振层相对应的边重合；所述直角条带的外部的边与所述谐振层的边重合；所述直角条带的两条边的边长相等。

可选的，所述谐振层的厚度为30-50nm。

可选的，所述介质层的材料为硅、二氧化硅或三氧化二铝中的任意一种，厚度为100-120nm。

可选的，所述金属底层的材料为金或银中的任意一种，厚度为20-50nm。

可选的，所述单元的边长为400-600nm。

可选的，所述正方形贴片的边长为400-420nm。

可选的，所述矩形贴片的长度为300-320nm，宽度为100-110nm。

可选的，所述直角条带每一条边的长度为80-90nm，宽度为20-25nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种双频段超材料吸波体，所述吸波体具有516-565nm以及1315-1523nm两个吸收频带，在这两个吸收频带内的吸收率均高于90％；所述吸波体在两个吸收频带内都可以达到完美吸收(吸收率99.9％，即近100％)，即在537nm处和1388-1429nm波长范围内达到完美吸收；所述吸波体在单元周期发生变化时，吸波性能保持不变，即所述吸波体的周期对加工误差具有较好的容忍度。

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为本发明实施例一种双频段超材料吸波体单个单元的结构示意图；

图2为本发明实施例一种双频段超材料吸波体单个单元的侧视图；

图3为本发明实施例一种双频段超材料吸波体单个单元的谐振层结构示意图；

图4为本发明实施例一种双频段超材料吸波体吸收响应图；

图5为本发明实施例一种双频段超材料吸波体不同周期的吸收响应图。

其中，1、谐振层，2、介质层，3、金属底层，4、正方形贴片，5、矩形贴片，6、直角条带。

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。

本发明提供了一种双频段超材料吸波体，所述吸波体为周期性结构，由M×N个相同的单元组成，相邻单元间无间距，M、N均为大于等于2的整数。

图1为本发明实施例双频段超材料吸波体单个单元的结构示意图，图2为本发明实施例双频段超材料吸波体单个单元的侧视图。如图1和图2所示，本发明实施例所述吸波体的单元为三层结构，分别为谐振层1、介质层2和金属底层3。每一层的横截面均为正方形。谐振层1的中心与介质层2和金属底层3的中心的连线垂直于谐振层1、所述介质层2和金属底层3。

在本实施例中，谐振层1的材料为二维材料Ti₃C₂T_x，厚度h₁为30nm；介质层2的材料为硅，其厚度h₂为100nm；金属底层3的材料为金，其厚度h₃为20nm。

谐振层1由图案构成；所述介质层2和金属底层3为无图案的一整层材料。

图3为本发明实施例双频段超材料吸波体单个单元的谐振层1结构示意图。如图3所示，谐振层1由位于中心的正方形贴片4、四个紧邻正方形贴片4的矩形贴片5和四个位于谐振层1边角的直角条带6构成；所述矩形贴片5的外部的边与所述谐振层1相对应的边重合；所述直角条带6的外部的边与所述谐振层1的边重合；所述直角条带6的两条边的边长相等。本实施例中所述单个单元的边长P(即为本吸波体的周期)为600nm；正方形贴片4的边长d为400nm；矩形贴片5的长度l₁为300nm，宽度w₁为100nm；直角条带6的每条边的长度l₂为80nm，宽度w₂为20nm。

图4为本发明实施例双频段超材料吸波体的吸收响应。如图4所示，本实施例吸波体在516-565nm以及1315-1523nm两个波长范围内的吸收率均高于90％，更是在537nm处和1388-1429nm波长范围内达到超过99.9％的完美吸收。

图5为本发明实施例双频段超材料吸波体在不同周期(即单个单元的边长)时的吸收响应。如图5所述，所述吸波体在单元周期发生变化时，吸波性能基本保持不变。

本实施例中的双频段超材料吸波体，具有两个吸收频带，即在516-565nm和1315-1523nm两个波长范围内的吸收率均高于90％，此外，在两个吸收频带内均能达到完美吸收，更是在其中一个吸收频带内可以达到1388-1429nm较大波长范围内的完美吸收。此外，在吸波体周期(即单元边长)发生变化时，吸波性能基本保持不变，即周期对加工误差具有较好的容忍度，这就对加工工艺及精度没有非常高的要求，使得其加工相对容易。

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 (8)

1.一种双频段超材料吸波体，其特征在于：所述吸波体为周期性结构，包括M×N个单元，相邻单元无间距，M、N均为大于等于2的正整数；

所述单元为三层结构；沿着波入射方向，依次为谐振层、介质层和金属底层；

所述各层的横截面均为正方形；所述谐振层的中心与所述介质层和金属底层的中心的连线垂直于所述谐振层、所述介质层和金属底层；

所述谐振层的材料为二维材料Ti₃C₂T_x；

所述谐振层由图案构成；所述介质层和金属底层为无图案的一整层材料；

所述谐振层图案由位于中心的正方形贴片、紧邻正方形贴片的矩形贴片和位于四个角的直角条带构成；所述矩形贴片的外部的边与所述谐振层相对应的边重合；所述直角条带的外部的边与所述谐振层的边重合；所述直角条带的两条边的边长相等。

2.根据权利要求1所述的双频段超材料吸波体，其特征在于，所述谐振层的厚度为30-50nm。

3.根据权利要求1所述的双频段超材料吸波体，其特征在于，所述介质层的材料为硅、二氧化硅或三氧化二铝中的任意一种，厚度为100-120nm。

4.根据权利要求1所述的双频段超材料吸波体，其特征在于，所述金属底层的材料为金或银中的任意一种，厚度为20-50nm。

5.根据权利要求1所述的双频段超材料吸波体，其特征在于，所述单元的边长为400-600nm。

6.根据权利要求1所述的双频段超材料吸波体，其特征在于，所述正方形贴片的边长为400-420nm。

7.根据权利要求1所述的双频段超材料吸波体，其特征在于，所述矩形贴片的长度为300-320nm，宽度为100-110nm。

8.根据权利要求1所述的双频段超材料吸波体，其特征在于，所述直角条带每一条边的长度为80-90nm，宽度为20-25nm。

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