[發(fā)明專利]一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410634569.3
• 申請(qǐng)日: 2014-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN104316169A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡放榮;張隆輝;王月娥;陳濤;張麗娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J1/04
• 分類號(hào): G01J1/04
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體。

背景技術(shù)

太赫茲波或稱為THz射線是指頻率在0.1至10THz的電磁波，介于微波與紅外之間。太赫茲波對(duì)很多介電材料和非極性液體具有很強(qiáng)的穿透性和很高的安全性；太赫茲系統(tǒng)在半導(dǎo)體材料、高溫超導(dǎo)材料的性質(zhì)研究、斷層成像技術(shù)、無標(biāo)記的基因檢查、細(xì)胞水平的成像、化學(xué)和生物的檢查，以及寬帶通信、微波定向等許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

在太赫茲技術(shù)的開發(fā)和利用中，檢測(cè)太赫茲信號(hào)具有舉足輕重的意義。其中太赫茲探測(cè)器則是太赫茲系統(tǒng)的核心器件之一。

將太赫茲吸波體置于探測(cè)器的接收表面，能夠大大提高太赫茲探測(cè)器的探測(cè)靈敏度和頻率選擇性。因而，太赫茲吸波體在太赫茲探測(cè)和太赫茲波隱身領(lǐng)域有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。要想在很寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)探測(cè)，必須增大太赫茲探測(cè)器的頻率響應(yīng)范圍，然而，現(xiàn)有的太赫茲吸波體的吸收帶寬不寬，而且吸收帶內(nèi)吸收率不可調(diào)控，大大限制了太赫茲吸波體的性能和可應(yīng)用的頻譜范圍。

氧化釩是一種具有皮秒級(jí)絕緣體-金屬相變特性的金屬氧化物,在熱、光或者應(yīng)力的作用下可由單斜結(jié)構(gòu)的絕緣體態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)的金屬態(tài)。伴隨著相的轉(zhuǎn)變，氧化釩的光、電、磁等物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生可逆性突變。這種特性對(duì)太赫茲探測(cè)、太赫茲成像和太赫茲隱身具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

近年出現(xiàn)了基于二氧化釩的溫控太赫茲波吸收器研究報(bào)道，如《電子元件與材料》2014年第33卷第8期的文章“基于二氧化釩的溫控太赫茲波吸收器研究”；《光電子.激光》2011年第22卷第9期文章“氧化釩薄膜太赫茲波段頻率特性研究”等。還有2012年4月公開的電子科技大學(xué)的發(fā)明專利“一種氧化釩復(fù)合薄膜及其制備方法”，就是可用于太赫茲探測(cè)器的材料，其由二維的氧化釩與零維的富勒烯以及一維的碳納米管三種成分相復(fù)合而成，制備難度較高。

總之，現(xiàn)有報(bào)道中的基于氧化釩的太赫茲頻段吸波體的性能不夠穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，吸波頻帶不寬，帶內(nèi)吸收率不可調(diào)控，成本高，難以廣泛實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其包括依次重疊的硅基底、金屬層、氧化釩層、介質(zhì)層及氧化釩光柵，實(shí)現(xiàn)了太赫茲頻段的超寬帶吸收，且性能穩(wěn)定，易于制作。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，包括基底、金屬層和氧化釩層，其特征在于其包括由下至上依次重疊的硅基底、金屬層、氧化釩層、介質(zhì)層和氧化釩光柵，硅基底、金屬層、氧化釩層和介質(zhì)層均為相同的矩形，各層的中心處于同一直線上、構(gòu)成長方體的吸波體單元，所述氧化釩光柵每一個(gè)柵條都為矩形線條，且平行于介質(zhì)層矩形的邊。

所述的硅基底、金屬層、氧化釩層和介質(zhì)層的矩形長度和寬度為100～500微米，長和寬的比例為3：1～1：1；

所述的金屬層的材料是金、銀、銅和鋁中的任一種，其厚度為0.05～1微米；

所述的氧化釩層厚度為0.1～2微米；

所述的介質(zhì)層是聚合物層或者二氧化硅層，其厚度為2～30微米；

所述的氧化釩光柵柵條的厚度為0.2～2微米；每個(gè)柵條的寬度為2～20微米；柵條的中心間距為6～40微米；所述的氧化釩光柵各柵條的側(cè)邊緣、前端和后端距離介質(zhì)層邊緣的最小距離為2～12微米。

多個(gè)所述的吸波體單元組成N×N的緊密的二維陣列，N≥10，N值取決于實(shí)際應(yīng)用時(shí)入射太赫茲波束的橫截面積。為獲得好的超寬帶吸收效果，吸波體二維陣列的長或?qū)挻笥谌肷湮w表面的太赫茲波束橫截面直徑的1～10倍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體所具有的優(yōu)點(diǎn)：1、利用氧化釩的相變特性實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲頻段范圍內(nèi)吸收率的調(diào)控，本發(fā)明提出的基于氧化釩光柵的太赫茲吸波體結(jié)構(gòu)，在常溫下(25℃)產(chǎn)生超寬帶吸收；當(dāng)溫度升高到68℃時(shí)，由于氧化釩的相變，吸收率會(huì)大幅度下降到常溫吸收率的40％以下，這一特性對(duì)太赫茲波動(dòng)態(tài)隱身意義重大；2、實(shí)現(xiàn)了太赫茲頻段的超寬帶吸收，當(dāng)多個(gè)吸波體單元構(gòu)成二維陣列，吸波頻率范圍可為1～6THz的整個(gè)太赫茲頻段范圍，吸收率達(dá)90％以上；3、吸波體單元制作簡單，成本低，且性能穩(wěn)定，吸波體單元二維陣列易于構(gòu)成，且可根據(jù)入射的太赫茲波束直徑確定二維陣列的邊長，得到吸波頻率范圍符合要求的吸波體單元的二維陣列。

附圖說明

圖1為本基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體實(shí)施例單元立體結(jié)構(gòu)示意圖。