一種多頻帶的紅外超材料吸波體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多頻帶的紅外超材料吸波體，屬于多頻帶的紅外超材料吸波體【技術(shù)領(lǐng)域】，解決只能在單一頻帶內(nèi)電磁波的高吸收問題。本發(fā)明的超材料吸波體由多個吸波體單元組成，吸波體單元由自下而上依次設(shè)置的基底、金屬層、介質(zhì)層和亞波長的金屬結(jié)構(gòu)組成，所述亞波長的金屬結(jié)構(gòu)由兩個尺寸一樣的“L”型結(jié)構(gòu)組成，“L”型結(jié)構(gòu)的邊分別平行于相對應(yīng)的吸波體單元的邊，兩個“L”型結(jié)構(gòu)沿吸波體單元的對角線呈軸對稱，“L”型結(jié)構(gòu)的臂長為0.5~1微米，臂寬為0.1~0.3微米。用于紅外波段三個頻帶電磁波的高吸收。
【專利說明】一種多頻帶的紅外超材料吸波體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種多頻帶的紅外超材料吸波體，用于紅外波段三個頻帶電磁波的高吸收，屬于多頻帶的紅外超材料吸波體【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]制備高性能的紅外探測器的關(guān)鍵主要在于高性能的紅外吸波材料。紅外吸波材料是指對紅外光區(qū)域某一頻段或某幾個頻段具有較強吸收的特殊功能材料。傳統(tǒng)的紅外吸波材料主要是利用材料的能級躍遷吸收，將電磁能轉(zhuǎn)化成材料內(nèi)部的勢能，如分子勢能、電子勢能等，其轉(zhuǎn)換效率會受到材料的限制，很難實現(xiàn)較高的紅外吸收。然而，隨著超材料的出現(xiàn)，為吸波材料開辟了一個新的發(fā)展方向。由于超材料獨特的電磁特性，基于超材料制成的新型的電磁吸收結(jié)構(gòu)，即超材料吸波體，能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁波的近乎完美吸收。
[0003]超材料作為一種新的人工電磁材料，近年來，備受科研人員的關(guān)注并取得了一定的進(jìn)展。超材料是具有天然媒質(zhì)所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合媒質(zhì)的統(tǒng)稱，其物理特性并不取決于材料化學(xué)組分的本征性能，而是取決于超材料內(nèi)部的特定結(jié)構(gòu)。當(dāng)其與電磁波相互作用時，往往會產(chǎn)生出極好的、自然界或化學(xué)合成材料無法獲得的物理特性。因此，其具有許多特殊的應(yīng)用，如完美吸波體、完美透鏡、負(fù)折射等。超材料吸波體作為超材料的應(yīng)用之一，由于其優(yōu)良的性能，因此在選擇性熱發(fā)射器、熱光伏、熱測輻射熱計、傳感器等器件上具有廣泛的應(yīng)用前景。自從N.1.Landy等人第一次實驗驗證了超材料完美吸波體后，超材料吸波體取得了快速的發(fā)展，工作波段逐漸從射頻波段延伸到了 THz波段，紅外波段甚至可見光波段。
[0004]由于，超材料吸波體獨特的電磁特性，使其很容易在某一頻帶實現(xiàn)高吸收。目前，研究人員提出了許多不同結(jié)構(gòu)的紅外超材料吸波體，但它們更多的是在某一個單一頻帶內(nèi)實現(xiàn)電磁波的高吸收，而多頻帶的紅外超材料吸波體卻很少提出。目前實現(xiàn)多頻帶吸收的吸波體結(jié)構(gòu)主要采用的是由多個單頻吸收結(jié)構(gòu)并行排列組成的陣列，這種方法雖然可以實現(xiàn)多頻帶吸收，但增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，對加工技術(shù)提出了更高的要求，且各個頻帶的吸收率很難同時實現(xiàn)高吸收。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處提供了一種多頻帶的紅外超材料吸波體，解決了只能單一頻帶內(nèi)電磁波的高吸收問題，超材料吸波體實現(xiàn)了在紅外波段具有三個頻帶、高吸收的特性。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種多頻帶的紅外超材料吸波體，其特征在于:超材料吸波體由多個吸波體單元組成，吸波體單元由自下而上依次設(shè)置的基底、金屬層、介質(zhì)層和亞波長的金屬結(jié)構(gòu)組成，所述亞波長的金屬結(jié)構(gòu)由兩個尺寸一樣的“L”型結(jié)構(gòu)組成，“L”型結(jié)構(gòu)的邊分別平行于相對應(yīng)的吸波體單元的邊，兩個“L”型結(jié)構(gòu)沿吸波體單元的對角線呈軸對稱，“L”型結(jié)構(gòu)的臂長為0.5^1微米，臂寬為0.Γο.3微米。
[0007]作為優(yōu)選，所述每個吸波體單元的橫剖面都為正方形，其邊長為1.2^2微米。
[0008]作為優(yōu)選，所述兩個“L”型結(jié)構(gòu)的外邊沿與吸波體單元邊沿的距離為0.Γ0.3微米。
[0009]作為優(yōu)選，所述亞波長的金屬結(jié)構(gòu)的厚度為0.Γ0.3微米。
[0010]作為優(yōu)選，所述金屬層的厚度為0.05、.4微米，由金、銀或鋁金屬材料中的一種制成。
[0011]作為優(yōu)選，所述介質(zhì)層的厚度為0.15^0.35微米，由硅、氟化鎂或氧化鋁中的一種紅外吸收材料制成。
[0012]作為優(yōu)選，所述基底的厚度為廣5000微米，由硅、氧化硅或石英玻璃材料中的一種制成。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
一、本發(fā)明提出了一種新的紅外超材料吸波體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由“金屬-介質(zhì)-金屬”結(jié)構(gòu)組成，其中亞波長的金屬結(jié)構(gòu)由兩個“L”型的結(jié)構(gòu)組成，兩個“L”型結(jié)構(gòu)沿吸波體單元的對角線呈軸對稱，結(jié)構(gòu)簡單，且易于實現(xiàn)。
[0014]二、本發(fā)明提出的紅外超材料吸波體結(jié)構(gòu)，可以在Γ11微米的波長范圍內(nèi)實現(xiàn)三個頻帶的高吸收，且吸收率高達(dá)90%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的局部俯視圖；
圖2是本發(fā)明的吸波體單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的吸波體單元的俯視圖及其幾何特征參數(shù)，其中D是吸波體單元的邊長，L和W是“L”型結(jié)構(gòu)兩條臂的長度和寬度，X是“L”型結(jié)構(gòu)與吸波體單元的邊的距離；
圖4是本發(fā)明的實施例1的吸收曲線圖；
圖5是本發(fā)明的實施例2的吸收曲線圖；
圖6是本發(fā)明的實施例3的吸收曲線圖；
圖中:1_亞波長的金屬結(jié)構(gòu)，2-介質(zhì)層，3-金屬層，4-基底。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0017]如圖1、2所示，一種多頻帶的紅外超材料吸波體，超材料吸波體由多個吸波體單元組成，吸波體單元由自下而上依次設(shè)置的基底4、金屬層3、介質(zhì)層2和亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I組成，所述亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I由兩個“L”型結(jié)構(gòu)組成，兩個“L”型結(jié)構(gòu)相分離，兩個“L”型結(jié)構(gòu)的尺寸完全一樣，且平行于相對應(yīng)的吸波體單元的邊。兩個“L”型結(jié)構(gòu)沿吸波體單元的對角線呈軸對稱，“L”型結(jié)構(gòu)的臂長為0.5^1微米，臂寬為0.Γ0.3微米。每個吸波體單元的橫剖面都為正方形，其邊長為1.2?2微米。所述兩個“L”型結(jié)構(gòu)的外邊沿與吸波體單元邊沿的距離為0.Γ0.3微米。所述亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I的厚度為0.Γ0.3微米。所述金屬層3的厚度為0.05、.4微米，由金、銀或鋁金屬材料中的一種制成。所述介質(zhì)層2的厚度為0.15^0.35微米，由硅、氟化鎂或氧化鋁中的一種制成。所述基底4的厚度為Γ5000微米，由硅、氧化硅或石英玻璃材料中的一種制成。
[0018]實施例1:
每個多頻帶的紅外超材料吸波單元均由亞波長的金屬結(jié)構(gòu)1、介質(zhì)層2、金屬層3和基底4組成。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I位于整個吸波體單元的最上面，基底4位于整個吸波體單元的最底層，介質(zhì)層2位于亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I的之下，金屬層3位于介質(zhì)層2和基底4之間。吸波體單元的橫剖面為正方形，其邊長為1.4微米。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I和金屬層3的材料為金屬鋁，其厚度均為0.1微米。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I由兩個尺寸一樣的“L”型結(jié)構(gòu)組成，且平行于相對應(yīng)的吸波體單元的邊。兩個“L”型結(jié)構(gòu)沿吸波體單元的對角線呈軸對稱，其臂的長度和寬度分別為0.8微米和0.2微米，兩個“L”型結(jié)構(gòu)的對稱中心位于介質(zhì)層的正中心，兩個“L”型結(jié)構(gòu)的外邊沿與吸波體單元邊沿的距離為0.15微米。介質(zhì)層2的材料為硅，其厚度為0.22微米?；?的材料為硅，其厚度為1000微米。通過數(shù)值模擬，得到該實施例在紅外波段的吸收曲線，如圖4所示。
[0019]實施例2:
每個多頻帶的紅外超材料吸波單元均由亞波長的金屬結(jié)構(gòu)1、介質(zhì)層2、金屬層3和基底4組成。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I位于整個吸波體單元的最上面一層，基底4位于整個吸波體單元的最底層，介質(zhì)層2位于亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I之下，金屬層3位于介質(zhì)層2和基底4之間。吸波體單元的橫剖面為正方形，其邊長為1.4微米。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I和金屬層3的材料均為金屬鋁，其厚度均為0.1微米。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I由兩個尺寸一樣的“L”型結(jié)構(gòu)組成，且平行于相對應(yīng)的吸波體單元的邊，兩個“L”型結(jié)構(gòu)沿吸波體單元的對角線呈軸對稱，其臂的長度和寬度分別為0.8微米和0.1微米，兩個“L”型結(jié)構(gòu)的對稱中心位于介質(zhì)層的正中心，兩個“L”型結(jié)構(gòu)的外邊沿與吸波體單元邊沿的距離為0.15微米。介質(zhì)層2的材料為硅，其厚度為0.22微米?；?的材料為硅，其厚度為1000微米。通過數(shù)值模擬，得到該實施例在紅外波段的吸收曲線，如圖5所示。
[0020]實施例3:
每個多頻帶的紅外超材料吸波單元由亞波長的金屬結(jié)構(gòu)1、介質(zhì)層2、金屬層3和基底4組成。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I位于整個吸波體單元的最上面，基底4位于整個吸波體單元的最底層，介質(zhì)層2位于亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I的之下，金屬層3位于介質(zhì)層2和基底4之間。吸波體單元的橫剖面為正方形，其邊長為1.4微米。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I由兩個尺寸一樣的“L”型結(jié)構(gòu)組成，且平行于相對應(yīng)的吸波體單元的邊，兩個“L”型結(jié)構(gòu)沿吸波體單元的對角線呈軸對稱，其臂的長度和寬度分別為0.8微米和0.2微米，兩個“L”型結(jié)構(gòu)的對稱中心位于介質(zhì)層的正中心，兩個“L”型結(jié)構(gòu)的外邊沿與吸波體單元邊沿的距離為0.15微米。亞波長的金屬結(jié)構(gòu)I和金屬層3的材料為金屬鋁，其厚度均為0.1微米。介質(zhì)層2的材料為硅，其厚度為0.2微米。基底4的材料為硅，其厚度為1000微米。通過數(shù)值模擬，得到該實施例在紅外波段的吸收曲線，如圖6所示。
[0021]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例僅是用于舉例和說明，而非意在將本發(fā)明局限于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種多頻帶的紅外超材料吸波體，其特征在于:超材料吸波體由多個吸波體單元組成，吸波體單元由自下而上依次設(shè)置的基底、金屬層、介質(zhì)層和亞波長的金屬結(jié)構(gòu)組成，所述亞波長的金屬結(jié)構(gòu)由兩個尺寸一樣的“L”型結(jié)構(gòu)組成，“L”型結(jié)構(gòu)的邊分別平行于相對應(yīng)的吸波體單元的邊，兩個“L”型結(jié)構(gòu)沿吸波體單元的對角線呈軸對稱，“L”型結(jié)構(gòu)的臂長為0.5^1微米，臂寬為0.Γ0.3微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻帶的紅外超材料吸波體，其特征在于:所述每個吸波體單元的橫剖面都為正方形，其邊長為1.2^2微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種多頻帶的紅外超材料吸波體，其特征在于:所述兩個“L”型結(jié)構(gòu)外邊沿與吸波體單元邊沿的距離為0.Γ0.3微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多頻帶的紅外超材料吸波體，其特征在于:所述亞波長的金屬結(jié)構(gòu)的厚度為0.Γ0.3微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻帶的紅外超材料吸波體，其特征在于:所述金屬層的厚度為0.05、.4微米，由金、銀或鋁中的一種制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻帶的紅外超材料吸波體，其特征在于:所述介質(zhì)層的厚度為0.15^0.35微米，由硅、氟化鎂或氧化鋁中的一種紅外吸收材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻帶的紅外超材料吸波體，其特征在于:所述基底的厚度為廣5000微米，由硅、氧化硅或石英玻璃中的一種制成。
【文檔編號】G01J5/58GK104198051SQ201410477247
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】顧德恩, 侯劍章, 陳俊喆, 熊成, 蔣亞東 申請人:電子科技大學(xué)