CN202259698U - 基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器 - Google Patents

基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器 Download PDF

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王玥
齐迹
梅金硕
王建民
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桂太龙
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Abstract

基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，属于电磁器件领域，本实用新型为解决现有的太赫兹超材料吸收器存在电磁波极化敏感和吸收带宽窄的问题。本实用新型包括衬底、下金属地板层、绝缘介质层和上金属层，衬底上依次设置下金属地板层、绝缘介质层和上金属层，所述上金属层由主谐振结构、次谐振结构和第三谐振结构构成，主谐振结构为十字交叉结构的偶极子，在主谐振结构的偶极子的每个末端均设置有一个次谐振结构，所述次谐振结构为十字交叉结构的偶极子，所述次谐振结构与主谐振结构为一体结构，在次谐振结构的三个外部末端均设置有一个第三谐振结构，所述第三谐振结构为十字交叉结构的偶极子，所述第三谐振结构与次谐振结构为一体结构。

Description

基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器
技术领域
本实用新型涉及基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，属于电磁器件领域。 
背景技术
超材料是一种周期性排列亚波长结构的人工合成媒质，由于其具有自然界媒质不存在的超常电磁特性，它被广泛地应用在多个领域中，如滤波器、波导管、谐振器以及天线等，这些应用都试图尽量减小超常媒质的损耗，目的是更好地实现负电磁特性；最近，人们利用太赫兹超材料强吸收电磁波特性作为吸收器引起人们越来越多的关注，可以应用于光谱医疗成像、违禁品探测以及电磁波的吸收和探测装置等；与传统的吸收器相比，这种新型吸收器不仅能灵活地控制电磁波的特性，实现器件更灵活设计；而且能明显地降低吸收器衬底的厚度，解决了由于散射导致的物理尺寸限制；另外，超材料吸收器的吸收波段已经从微波扩展到太赫兹波；但是，目前的太赫兹超材料吸收器只能适用于特定方向入射和偏振的电磁波，其吸收带宽很窄，不能很好的满足现有的需求。 
发明内容
本实用新型目的是为了解决现有的太赫兹超材料吸收器存在电磁波极化敏感和吸收带宽窄的问题，提供了一种基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器。
本实用新型所述基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，它包括衬底、下金属地板层、绝缘介质层和上金属层，
衬底上依次设置有下金属地板层、绝缘介质层和上金属层，所述上金属层由主谐振结构、次谐振结构和第三谐振结构构成，主谐振结构为十字交叉结构的偶极子，在主谐振结构的偶极子的每个末端均设置有一个次谐振结构，所述次谐振结构为十字交叉结构的偶极子，所述次谐振结构与主谐振结构为一体结构，在次谐振结构的三个外部末端均设置有一个第三谐振结构，所述第三谐振结构为十字交叉结构的偶极子，所述第三谐振结构与次谐振结构为一体结构。
本实用新型的优点：本实用新型能工作在0.1~4THz的太赫兹波段，与现有吸收器相比，它在不增加谐振结构的复杂性和加工成本的前提下具有多吸收带和极化不敏感的优点。经仿真实验，本实用新型能实现三带吸收，而且每个带的吸收效率都大于90%，可以应用于光谱医疗成像、违禁品探测以及电磁波的吸收和探测装置等。 
附图说明
图1是基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器的结构示意图；
图2是图1的A向视图；
图3是主谐振结构的示意图；
图4是次谐振结构的示意图；
图5是第三谐振结构的示意图；
图6是不同频率下吸收器的吸收率图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，它包括衬底1、下金属地板层2、绝缘介质层3和上金属层4，
衬底1上依次设置有下金属地板层2、绝缘介质层3和上金属层4，所述上金属层4由主谐振结构5、次谐振结构6和第三谐振结构7构成，主谐振结构5为十字交叉结构的偶极子，在主谐振结构5的偶极子的每个末端均设置有一个次谐振结构6，所述次谐振结构6为十字交叉结构的偶极子，所述次谐振结构6与主谐振结构5为一体结构，在次谐振结构6的三个外部末端均设置有一个第三谐振结构7，所述第三谐振结构7为十字交叉结构的偶极子，所述第三谐振结构7与次谐振结构6为一体结构。
本实施方式所述的基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器有三种谐振结构，分别为主谐振结构5、次谐振结构6和第三谐振结构7，这三个结构中的十字交叉结构均为交叉偶极子，图3是主谐振结构的示意图，图4是次谐振结构的示意图，图5是第三谐振结构的示意图。这三种不同谐振结构实现三个不同频率的吸收带，能吸收三个带宽频率的电磁波，而且每个带的吸收效率都大于90%，这三个带的吸收率情况参见图6所示，主谐振结构5的中心吸收频率为0.48THz，次谐振结构6的中心吸收频率为1.5THz，第三谐振结构7的中心吸收频率为2.7THz，而且三个不同的谐振结构以分形方式构建成结构对称的上金属层4结构，目的是使器件对电磁波的极化不敏感。可以应用于光谱医疗成像、违禁品探测以及电磁波的吸收和探测装置等。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一进一步说明，衬底1、下金属地板层2、绝缘介质层3组成立方体结构，上金属层4中主谐振结构5的偶极子沿绝缘介质层3的对角线交叉设置。
 具体实施方式三：本实施方式对实施方式一进一步说明，衬底1选用厚度为500μm的硅层，下金属地板层2和上金属层4选用厚度为0.5μm的金层，绝缘介质层3选用厚度为4μm的聚酰亚胺层。衬底1的介电常数为11.9；下金属地板层2和上金属层4的电导率为                                                
Figure 2011204105305100002DEST_PATH_IMAGE001
S/cm；绝缘介质层3的介电常数为2.88，绝缘介质层3的损耗角正切为0.05，
Figure 880520DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 2011204105305100002DEST_PATH_IMAGE003
为绝缘介质层3的损耗角。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一进一步说明，衬底1选用厚度为500μm的砷化镓层，衬底1的介电常数为10.75。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一进一步说明，绝缘介质层3选用厚度为6μm的苯并环丁烯树脂层，绝缘介质层3的介电常数为2.65，绝缘介质层3的损耗角正切为0.045，
Figure 859977DEST_PATH_IMAGE004
，其中为绝缘介质层3的损耗角。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式一进一步说明，绝缘介质层3选用厚度为10μm的聚二甲基硅氧烷层。绝缘介质层3的介电常数为2.5，绝缘介质层3的损耗角正切为0.001，即
Figure 2011204105305100002DEST_PATH_IMAGE005
，其中
Figure 97241DEST_PATH_IMAGE003
为绝缘介质层3的损耗角。

Claims (6)

1.基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，其特征在于，它包括衬底（1）、下金属地板层（2）、绝缘介质层（3）和上金属层（4），衬底（1）上依次设置有下金属地板层（2）、绝缘介质层（3）和上金属层（4），所述上金属层（4）由主谐振结构（5）、次谐振结构（6）和第三谐振结构（7）构成，主谐振结构（5）为十字交叉结构的偶极子，在主谐振结构（5）的偶极子的每个末端均设置有一个次谐振结构（6），所述次谐振结构（6）为十字交叉结构的偶极子，所述次谐振结构（6）与主谐振结构（5）为一体结构，在次谐振结构（6）的三个外部末端均设置有一个第三谐振结构（7），所述第三谐振结构（7）为十字交叉结构的偶极子，所述第三谐振结构（7）与次谐振结构（6）为一体结构。
2.根据权利要求1所述基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，其特征在于，衬底（1）、下金属地板层（2）、绝缘介质层（3）组成立方体结构，上金属层（4）中主谐振结构（5）的偶极子沿绝缘介质层（3）的对角线交叉设置。
3.根据权利要求1所述基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，其特征在于，衬底（1）选用厚度为500μm的硅层，下金属地板层（2）和上金属层（4）选用厚度为0.5μm的金层，绝缘介质层（3）选用厚度为4μm的聚酰亚胺层。
4.根据权利要求1所述基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，其特征在于，衬底（1）选用厚度为500μm的砷化镓。
5.根据权利要求1所述基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，其特征在于，绝缘介质层（3）选用厚度为6μm的苯并环丁烯树脂层。
6.根据权利要求1所述基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器，其特征在于，绝缘介质层（3）选用厚度为10μm的聚二甲基硅氧烷层。
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