联结构超材料的超宽带吸收器吸收率超过92%的波长范围为284nm?1524nm，吸收带宽为1240nm，其中284nm?380nm为紫外光吸收光谱，380?780nm为可见光吸收光谱，780?1524nm为近红外吸收光谱。
[0038]实施例三:本实施例与实施例一或二的不同之处在于:边界条件为电场沿X轴，磁场沿Y轴，电磁波以40°倾斜角入射到基于级联结构超材料的超宽带吸收器中第九金属层19的上表面。其他与实施例一或二相同。
[0039]所述倾斜角为入射波方向与z轴的夹角。
[0040]实施例四:本实施例与实施例一至三之一的不同之处在于:边界条件为电场沿X轴，磁场沿Y轴，电磁波以50°倾斜角入射到基于级联结构超材料的超宽带吸收器中第九金属层19的上表面。其他与实施例一至三之一相同。
[0041]图3为基于级联结构超材料的超宽带吸收器在不同条件下宽带吸收率的对比图，其中■为实施例一的曲线，籲为实施例三的曲线，▲为实施例四的曲线；由于基于级联结构超材料的超宽带吸收器结构对称，对入射电磁波极化不敏感，并且实施例一和实施例二的入射波均为垂直入射，所以基于级联结构超材料的超宽带吸收器在不同条件下宽带吸收率曲线为同一条，即曲线.也为实施例二的曲线，从图中可以看出当入射波以倾斜角为40°入射时，吸收率仍在90%以上，具有广角吸收特性。因此，这种超材料吸收器在太阳能电池、光电设备和光吸收热发射器中具有潜在的应用价值。
【主权项】
1.一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于基于级联结构超材料的超宽带吸收器由金属板衬底(I)、第一介质层(2)、第一金属层(3)、第二介质层(4)、第二金属层(5)、第三介质层(6)、第三金属层(7)、第四介质层(8)、第四金属层(9)、第五介质层(10)、第五金属层(11)、第六介质层(12)、第六金属层(13)、第七介质层(14)、第七金属层(15)、第八介质层(16)、第八金属层(17)、第九介质层(18)和第九金属层(19)组成；金属板衬底(1)水平放置在最下层，在所述金属板衬底(I)的中心位置从下向上平行设置第一介质层(2)、第一金属层(3)、第二介质层(4)、第二金属层(5)、第三介质层(6)、第三金属层(7)、第四介质层(8)、第四金属层(9)、第五介质层(10)、第五金属层(11)、第六介质层(12)、第六金属层(13)、第七介质层(14)、第七金属层(15)、第八介质层(16)、第八金属层(17)、第九介质层(18)和第九金属层(19);所述第一介质层(2)、第一金属层(3)、第二介质层(4)、第二金属层(5)、第三介质层(6)、第三金属层(7)、第四介质层(8)、第四金属层(9)、第五介质层(10)、第五金属层(11)、第六介质层(12)、第六金属层(13)、第七介质层(14)、第七金属层(15)、第八介质层(16)、第八金属层(17)、第九介质层(18)和第九金属层(19)为同心圆柱体；所述第一介质层(2)、第一金属层(3)、第二介质层(4)、第二金属层(5)、第三介质层(6)和第三金属层(7)的底面直径相同；所述第四介质层(8)、第四金属层(9)、第五介质层(10)、第五金属层(11)、第六介质层(12)和第六金属层(13)的底面直径相同；所述第七介质层(14)、第七金属层(15)、第八介质层(16)、第八金属层(17)、第九介质层(18)和第九金属层(19)的底面直径相同；且所述第一介质层(2)、第一金属层(3)、第二介质层(4)、第二金属层(5)、第三介质层(6)和第三金属层(7)的底面直径大于所述第四介质层(8)、第四金属层(9)、第五介质层(10)、第五金属层(11)、第六介质层(12)和第六金属层(13)的底面直径；所述第四介质层(8)、第四金属层(9)、第五介质层(10)、第五金属层(11)、第六介质层(12)和第六金属层(13)的底面直径大于所述第七介质层(14)、第七金属层(15)、第八介质层(16)、第八金属层(17)、第九介质层(18)和第九金属层(19)的底面直径；所述第一介质层(2)、第二介质层(4)、第三介质层(6)、第四介质层(8)、第五介质层(10)、第六介质层(12)、第七介质层(14)、第八介质层(16)和第九介质层(18)的材料为有机高分子聚合物或无机陶瓷材料；所述第一介质层(2)、第四介质层(8)和第七介质层(14)为同一种有机高分子聚合物或无机陶瓷材料，所述第二介质层(4)、第五介质层(10)和第八介质层(16)为同一种有机高分子聚合物或无机陶瓷材料，所述第三介质层￠)、第六介质层(12)和第九介质层(18)为同一种有机高分子聚合物或无机陶瓷材料；所述第一介质层(2)、第四介质层(8)和第七介质层(14)的介电常数大于所述第二介质层(4)、第五介质层(10)和第八介质层(16)的介电常数；所述第二介质层(4)、第五介质层(10)和第八介质层(16)的介电常数大于第三介质层(6)、第六介质层(12)和第九介质层(18)的介电常数；所述基于级联结构超材料的超宽带吸收器的厚度为425nm。
2.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述金属板衬底(I)、第一金属层(3)、第二金属层(5)、第三金属层(7)、第四金属层(9)、第五金属层(11)、第六金属层(13)、第七金属层(15)、第八金属层(17)和第九金属层(19)的材料均为金、铝或铜，厚度均为20nm;所述金属板衬底(I)为正方形金属板，其边长为400nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述第一介质层(2)、第一金属层(3)、第二介质层(4)、第二金属层(5)、第三介质层(6)和第三金属层(7)的底面直径为175nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述第四介质层(8)、第四金属层(9)、第五介质层(10)、第五金属层(11)、第六介质层(12)和第六金属层(13)的底面直径为123nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述第七介质层(14)、第七金属层(15)、第八介质层(16)、第八金属层(17)、第九介质层(18)和第九金属层(19)的底面直径为75nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述第一介质层(2)、第四介质层(8)和第七介质层(14)的介电常数均为4.6。
7.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述第二介质层(4)、第五介质层(10)和第八介质层(16)的介电常数均为3.2。
8.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述第三介质层￠)、第六介质层(12)和第九介质层(18)为的介电常数均为1.8。
9.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述第一介质层(2)、第二介质层(4)、第三介质层(6)、第四介质层(8)、第五介质层(10)、第六介质层(12)、第七介质层(14)、第八介质层(16)和第九介质层(18)的厚度均为25nm。
10.根据权利要求1所述的一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器，其特征在于所述基于级联结构超材料的超宽带吸收器吸收率超过92%的吸收波波长范围为284nm?1524nm。
【专利摘要】一种基于级联结构超材料的超宽带吸收器。本发明涉及一种超宽带吸收器。本发明是为解决现有超宽带吸收器吸收率低、入射角度小且吸收波长范围窄无法跨越多个波段吸收的问题，本发明采用器件物理尺寸与电磁波相互作用以及介质材料与电磁波相互作用两种方式共同作用，导致不同尺寸单元之间耦合叠加，以及同一单元不同介电常数之间耦合叠加，实现了超材料吸收器对电磁波超宽带吸收，吸收率超过92％的吸收波长范围为284～1524nm，包括部分紫外波，全部可见光和部分近红外波，并且在40°倾斜角入射条件下，吸收率仍能达到90％以上。本发明可应用于太阳能电池吸收、热发射器和光电设备领域。
【IPC分类】G12B17-02
【公开号】CN104733056
【申请号】CN201510163240
【发明人】贺训军, 颜世桃, 张秦飞, 张景云, 吴丰民, 姜久兴
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月8日