[發明專利]超薄入射角無關偏振方向無關的超寬帶完美吸收器

有效

• 申請號: 201711282000.5
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108037552B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 錢沁宇;王欽華;徐常清
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B1/00
• 代理公司: 佛山粵進知識產權代理事務所(普通合伙) 44463
• 代理人: 易朝暉

本發明公開了一種超薄入射角無關偏振方向無關的超寬帶完美吸收器，包括：至少一個完美吸收器單元，所述完美吸收器單元包括：襯底；環形的絕緣層，所述絕緣層設于所述襯底上；第一反射層，所述第一反射層設于所述絕緣層上，所述絕緣層、所述第一反射層與所述襯底圍合成一上端開口的空腔；高折射率材料層，所述高折射率材料層為可見光波段高折射率材料，其設于所述襯底上且位于所述空腔內，所述高折射率材料層為中心對稱結構；以及第二反射層，所述第二反射層設于所述高折射率材料層上。根據本發明實施例的超薄入射角無關偏振方向無關的超寬帶完美吸收器，具有厚度薄以及在整個可見光范圍內具有高吸收率等優點。

技術領域

本發明涉及光吸收技術領域，更具體地，涉及一種超薄入射角無關偏振方向無關的超寬帶完美吸收器。

背景技術

完美吸收器(PA)對于光通信、寬帶薄膜熱發射器、熱光伏電池和光伏電池有著重要的潛在應用前景。傳統的PA大多采用大型組裝結構，具有尺寸太大的缺點。在2008年，Landy等人首次提出了表面等離子電磁超材料完美吸收器(MMPA)的概念。超材料(MMS)是自然界不能獲取的人造材料，它的折射率、介電常數和磁導率常數可以任意調控，大部分關于超材料的工作主要致力于調控介電常數和磁導率的實部。Landy等人設計了一種由兩個獨立的金屬元素組成的結構來調控介電常數和磁導率的損耗因數(虛部)，這兩個金屬元素分別是環形電場諧振器和金屬線，電場耦合由環形電場諧振器提供，而磁場耦合則又這兩個金屬元素互相耦合共同產生，電場響應可以通過調整環形電場諧振器的尺寸來調控，而磁場響應則是通過調整金屬線和兩金屬元素間的距離來調控。這樣，電場響應和磁場響應就可以分別調控，從而同時吸收全部的電場和磁場。通過這種方法設計了MMPA工作在微波段(11.5兆赫茲)，然而，這種MMPA存在著許多缺陷，例如工作波段窄(吸收率在0.9以上部分大約0.4兆赫茲寬)，入射角敏感(正負5度內吸收率超過0.9)等。

自從Landy等人第一次設計了MMPA，許多工作致力于提高其性能，如使其對入射角不敏感，對偏振方向不敏感。但是這些設計都有一個共同的缺陷，即工作波段過窄，大大限制了其應用。由于MMPA只有一組電場共振腔和磁場共振腔，因此只能在很窄的波段內工作，為了增加MMPA的工作帶寬，在一個結構單元內添加了許多不同尺寸和不同形狀的結構從而擁有了許多不同的共振腔。但是，盡管這些不同的共振腔允許MMPA工作在幾個不同的波長或者一個相對較長的波段，但是這些共振腔之間的耦合嚴重限制了MMPA的工作效果，因此，它們的吸收率大大低于那些只有一組電場共振腔和磁場共振腔但能完全吸收所有電磁輻射的MMPA。Lee等人為了實現寬帶完美吸收添加了許多個共振腔工作在互相靠近的波長，這些共振腔組成了一個相對較寬的波帶，但卻不能在這個寬帶內保持高吸收率。

還有一些MMPA設計，利用不同波長的光在不同的層被吸收的原理，使用多層結構使MMPA在寬波帶內保持高吸收率，由于這些多層結構太過復雜，難以成為應用中的超薄吸收器。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種結構簡單、厚度超薄的且在整個可見光范圍內具有高吸收率的超薄入射角無關偏振方向無關的超寬帶完美吸收器。

根據本發明實施例的超薄入射角無關偏振方向無關的超寬帶完美吸收器，包括：至少一個完美吸收器單元，所述完美吸收器單元包括：襯底；環形的絕緣層，所述絕緣層設于所述襯底上；第一反射層，所述第一反射層設于所述絕緣層上，所述絕緣層、所述第一反射層與所述襯底圍合成一上端開口的空腔；高折射率材料層，所述高折射率材料層為可見光波段高折射率材料，其設于所述襯底上且位于所述空腔內，所述高折射率材料層為中心對稱結構；以及第二反射層，所述第二反射層設于所述高折射率材料層上。