一种频率可调太赫兹多带吸收器的制作方法

文档序号:17918159发布日期:2019-06-14 23:55
一种频率可调太赫兹多带吸收器的制作方法

本发明属于太赫兹超材料技术领域,具体涉及一种频率可调太赫兹多带吸收器。



背景技术:

太赫兹波是指频率介于0.1THz~10THz之间的电磁波,该频段在电磁波谱中介于远红外与微波之间,即处于电子学到光子学的过渡阶段。在自然界中,相对缺乏对该波段产生良好电磁响应的材料,使得太赫兹频段的光调控、传感、吸收等器件的设计与实现受到了阻碍,从而进一步限制了太赫兹波技术的发展。此外,由于太赫兹射线自身存在着诸多优点:光子携带能量低,不易破坏待检测物质;穿透性强,多数非极性物质对太赫兹波段呈现“透明”,可以很好的应用于安全监测领域;对生物的伤害极低,可以很好的应用于医学成像、生物监测等领域。由于其具有极高的应用的价值,如何对太赫兹波进行控制,即探索可以在太赫兹波段具有良好响应的材料就成为了研究的重点方向。

超材料这种人工周期性结构为实现电磁波调控提供了一种全新的方法,与传统材料不同,超材料具有负介电常数、负磁导率、负折射率等常规材料不具备的神奇特性。通过人为设计,超材料可以实现特定频率响应的特性,在太赫兹领域展示出了前所未有的前景,得到了人们的广泛关注。电磁超材料的出现打开了探索太赫兹波段的大门,特别是通过对单元结构的严格设计、以及合适的周期控制,超材料可以呈现对特定频率、频段的电磁波吸收。目前大多数应用在太赫兹波段的器件仍具有体积大、厚、不利于集成等特点,小型化器件的缺少阻碍了实际的应用。随着对太赫兹超材料吸收器的不断研究,依托于不同结构,不同特性的吸收器纷纷提出。然而一般的超材料在设计加工后只能表现出对特定频率电磁波产生响应,这无疑限制了超材料的实际应用能力。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种频率可调太赫兹多带吸收器,解决了现有技术中存在的太赫兹超材料吸收器只能表现出对特定频率电磁波产生响应导致实际应用能力受限的问题。

本发明所采用的技术方案是,一种频率可调太赫兹多带吸收器,其特征在于,包括固定在可旋转平台上的吸收器本体,吸收器本体的吸收表面上排布有若干个吸收单元,每个吸收单元均包括自上而下紧密贴合的金属图样层、损耗介质层和底部全反射层三层结构。

本发明的特点还在于,

金属图样层包括四对以吸收单元表面中心对称的H形金属图样对称结构,每对H形金属图样对称结构均包含两个H形金属结构,四对H形金属图样对称结构以顺时针方向依次均匀排列,依次分别为H形金属结构A、H形金属结构B、H形金属结构C、H形金属结构D,其中,H形金属结构A位于12点和6点位置,H形金属结构D位于4:30和10:30位置。

H形金属结构A、H形金属结构B、H形金属结构C、H形金属结构D具有不同的几何参数,其中,H形金属结构A垂直于轴向的短边长度为20μm,H形金属结构B垂直于轴向的短边长度为12μm,H形金属结构C垂直于轴向的短边长度为16μm,H形金属结构D垂直于轴向的短边长度为8μm。

H形金属结构A、H形金属结构B、H形金属结构C、H形金属结构D距离单元中心距离相同,距离D=50μm。

H形金属结构A、H形金属结构B、H形金属结构C、H形金属结构D相邻之间的距离小于各自本身的线宽。

可旋转平台以45°为间隔旋转。

损耗介质层采用介电常数为3.5、损耗角正切为0.0027、厚度为8μm的聚酰亚胺制成。

吸收单元对应的晶格常数P=150μm。

本发明的有益效果是,一种频率可调太赫兹多带吸收器,各部分的金属结构具有不同的几何参数,实现沿每对金属图样分布方向上的各向异性。吸收器的整体结构固定在可旋转的平台上,使得吸收器可以关于入射波极化方向进行旋转,通过旋转到固定的角度实现吸收器吸收频率及吸收幅度的可调谐特性。

附图说明

图1是本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器中吸收单元结构示意图;

图2是本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器中吸收单元俯视图;

图3是本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器工作原理框图;

图4是本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器在不同旋转角度下的吸收特性示意图;

图5是本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器整体结构示意图;

图6是本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器中单元的显微照片。

图中,1.底部全反射层,2.损耗介质层,3.金属图样层,4.H形金属结构A,5.H形金属结构B,6.H形金属结构C,7.H形金属结构D。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器,结构如图5所示,包括固定在可旋转平台上的吸收器本体,吸收器本体的吸收表面上排布有若干个吸收单元,如图1、图2所示,每个吸收单元均包括自上而下紧密贴合的金属图样层3、损耗介质层2和底部全反射层1三层结构。

金属图样层3包括四对以吸收单元表面中心对称的H形金属图样对称结构,每对H形金属图样对称结构均包含两个H形金属结构,H形金属结构线宽均为4μm,四对H形金属图样对称结构以顺时针方向依次均匀排列,依次分别为H形金属结构A4、H形金属结构B5、H形金属结构C6、H形金属结构D7,其中,H形金属结构A4位于12点和6点位置,H形金属结构D7位于4:30和10:30位置。

H形金属结构A4、H形金属结构B5、H形金属结构C6、H形金属结构D7具有不同的几何参数,其中,H形金属结构A4垂直于轴向的短边长度为20μm,H形金属结构B5垂直于轴向的短边长度为12μm,H形金属结构C6垂直于轴向的短边长度为16μm,H形金属结构D7垂直于轴向的短边长度为8μm。

H形金属结构A4、H形金属结构B5、H形金属结构C6、H形金属结构D7距离单元中心距离相同,距离D=50μm。

H形金属结构A4、H形金属结构B5、H形金属结构C6、H形金属结构D7相邻之间的距离小于各自本身的线宽。

可旋转平台以45°为间隔旋转。

损耗介质层2采用介电常数为3.5、损耗角正切为0.0027、厚度为8μm的聚酰亚胺制成。

吸收单元对应的晶格常数P=150μm。

本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器,图3是本发明的工作原理框图,利用不同几何参数的H形金属结构在电磁波入射后产生不同特性响应的特点,实现单元关于入射电磁波极化方向的各向异性;不同几何参数的金属结构对入射电磁波产生响应,其主峰位置各不相同。图5是本发明的整体结构示意图,吸收器本体固定在平台表面,平台底部设置可旋转结构;将吸收器结构固定在可旋转平台上,通过平台旋转特定角度使不同几何参数的H形金属结构产生响应,从而实现了吸收频点的可调谐。图4是本发明在不同旋转角度下的吸收特性示意图,从图中可以看出,当吸收器旋转0°、45°、90°、135°时,由于单元结构的各向异性其吸收特性曲线各异,不同角度下主峰的吸收频率各异且吸收率均达到90%以上,由此可见本发明可以通过旋转实现吸收器吸收频率的可调谐特性,且具有吸收率高、吸收频点多等特性;图6是旋转可调谐太赫兹多带吸收器单元的显微照片。

本发明一种频率可调太赫兹多带吸收器,具有单层金属图样,结构简单、方便加工;吸收频率可调,吸收率高;具有多个吸收频点,可调谐的主峰具有超过99.9%的吸收率;本发明采用了不同长度H形金属结构顺时针方向交叉排列的分布,不依照长度大小顺序进行排列,从而降低了金属图样的不对称性,降低了吸收特性的偏移;调谐手段较现有方案更加便捷简单:金属图样层由四部分几何参数不同的H形金属结构组成,几何参数不同的金属结构可以提供不同的吸收频率,并且所有金属结构距离单元中心距离相同,通过旋转即可实现吸收频率的改变,从而实现吸收特性的可调谐;单元各向异性明显,具有一定的极化转换功能,且极化转换特性随平台旋转调谐而改变。

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