一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料及其设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料及其设计方法。本发明由多个材料单元组成，每个材料单元包括铬和光刻胶SU-8；具体的：在基底上设置有一层金属铬膜，该层金属铬膜作为防透射层；在金属铬膜上，光刻胶SU-8和铬的方块阵列自下而上交替叠加组成金字塔状；所述的铬的方块阵列有五层，且每层的厚度为200nm，其方块阵列边长自下而上依次有规律缩小，自下而上依次是：70μm、66μm、62μm、58μm和54μm；所述的每层光刻胶SU-8的厚度为4μm；材料单元周期为95μm；本发明实现了太赫兹波段的大带宽吸收效果；突破了传统超材料制作的工艺局限，完成了太赫兹波段三维人工特异介质的设计和制作。
【专利说明】一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太赫兹波段无线能量传输领域，尤其涉及一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料及其设计方法。
【背景技术】
[0002]太赫兹波指的是频率在0.1THz到1THz范围内的电磁波，波长约在0.03mm到3mm之间，介于微波与红外波之间。THz波具有很多微波和光波不具备的特点，例如THz光子能量低，只有几个电子伏特，不会对检测物质造成破坏；大多非金属非极性材料对THz射线吸收较小，使得它可以用于检测材料内部信息；THz脉冲源只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带能覆盖GHz到几十THz的范围，很多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体、超导材料等的声子振动能级都在THz的波段范围内。目前大多通过想干探测技术获得THz的实时功率，由于THz脉冲有很高的峰值功率，在时域光谱系统中具有很高的信噪t匕。由于具备上述优势，太赫兹技术可在安检、传感和成像等领域发挥巨大的作用，近年来受到了研究者们的高度关注，许多工作在太赫兹波段的新器件也应运而生。
[0003]吸波材料是可以对某一频率或频段电磁波有强烈吸收的材料，可以用于太阳能采集或屏蔽某一特定波长或波段，应用范围广泛。已经有科学家设计出了利用超材料在太赫兹波段多角度高效窄带吸收的材料，但是受限于三维超材料的制作难度，二维超材料只能实现窄带吸收，无法实现宽带吸波的效果。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有材料不能实现太赫兹波段大宽带吸收的缺陷，提供一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料及其设计方法。
[0005]一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料，由多个材料单元组成，每个材料单元包括铬和光刻胶SU-8 ;具体的:在基底上设置有一层金属铬膜，该层金属铬膜作为防透射层；在金属铬膜上，光刻胶SU-8和铬的方块阵列自下而上交替叠加组成金字塔状；所述的铬的方块阵列有五层，且每层的厚度为200nm，其方块阵列边长自下而上依次有规律缩小，自下而上依次是:70 μ m、66 μ m、62 μ m、58 μ m和54 μ m ;所述的每层光刻胶SU-8的厚度为4 μ m ;材料单元周期为95μπι;
所述的光刻胶光刻胶SU8在ITHz频率附近的介电系数约为2.79-0.31i，金属材料铬(chromium)的磁导率 σ =8X 16 s/m。
[0006]一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料的设计方法，具体包括如下步骤:
步骤1.根据有效介质理论:Metamaterials (^s)的性能由磁导率μ和介电系数ε决定，而反射率R(?)和透射率Τ(ω)取决于折射率η和波阻抗Ω，均与磁导率μ和介电系数ε相关。因此，能够通过调节MMs的磁导率μ和介电系数ε来获得所需要的透射和反射效果。
[0007]通过模拟计算材料的S参数，包括和从而计算出透射参数τ(?)和反射参数R (ω);其中
【权利要求】
1.一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料，其特征在于由多个材料单元组成，每个材料单元包括铬和光刻胶SU-8 ;具体的:在基底上设置有一层金属铬膜，该层金属铬膜作为防透射层；在金属铬膜上，光刻胶SU-8和铬的方块阵列自下而上交替叠加组成金字塔状。
2.如权利要求1所述的一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料，其特征在于所述的铬的方块阵列有五层，且每层的厚度为200nm，其方块阵列边长自下而上依次有规律缩小，自下而上依次是:70μπι、66μπι、62μπι、58μπι和54 μ m ;所述的每层光刻胶SU-8的厚度为4μπι ;材料单元周期为95 μ m。
3.如权利要求1所述的一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料，其特征在于所述的光刻胶光刻胶SU-8在ITHz频率附近的介电系数约为2.79-0.31i，金属材料铬的磁导率σ =8 X 16 s/m。
4.一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料的设计方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1.根据有效介质理论:Metamaterials的性能由磁导率μ和介电系数ε决定，而反射率R(?)和透射率Τ(ω)取决于折射率η和波阻抗Ω，均与磁导率μ和介电系数ε相关；因此，能够通过调节丽s的磁导率μ和介电系数ε来获得所需要的透射和反射效果; 通过模拟计算材料的S参数，S参数包括 S21(?)和SI 1卜)，从而计算出透射参数T (勾和反射参数R (?);其中 T⑷=| S21(fij)P,R(?) = | Sll(Cf)P ； 吸收参数通过如下公式得到:
T(i?)+ R(<2J)+ Α(?>)= I ； 而在有金属防透射层的条件下，透射系数为0，即:
A(^) = 1- R(?)=l-|Sll(?)f ； 吸收系数A((6)能通过调节磁导率μ和介电系数ε来调制的；Metamaterials能通过调节微结构的形状和尺寸来确定其在某个频率下磁导率μ和介电系数ε的； 步骤2.制作材料，具体如下: 在基底上溅射一层金属铬膜，该层金属铬膜作为防透射层；在金属铬膜上，光刻胶SU-8和铬的方块阵列自下而上交替叠加组成金字塔状；每层光刻胶SU-8通过旋涂制作和加热固化完成，每层铬的方块阵列通过光刻和溅射剥离完成。
5.如权利要求4所述的一种宽带高性能人工太赫兹吸波材料的设计方法，其特征在于所述的铬的方块阵列有五层，且每层的厚度为200nm，其方块阵列边长自下而上依次有规律缩小，自下而上依次是:70μπι、66μπι、62μπι、58μπι和54 μ m ;所述的每层光刻胶SU-8的厚度为4μ m。
【文档编号】B32B15/092GK104070731SQ201410294724
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】马云贵, 朱剑飞, 马兆峰 申请人:浙江大学