[發(fā)明專利]基于鍍膜摻雜半導(dǎo)體的太赫茲寬帶吸收器有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201810258237.8 | 申請(qǐng)日： | 2018-03-27 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN108761587B | 公開(kāi)（公告）日： | 2021-07-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 石風(fēng)華;陳溢杭 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 華南師范大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G02B5/00 | 分類號(hào)： | G02B5/00 |
| 代理公司： | 廣州駿思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44425 | 代理人： | 吳靜芝 |
| 地址： | 510006 廣東省廣州市番禺區(qū)*** | 國(guó)省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 鍍膜 摻雜 半導(dǎo)體 赫茲 寬帶 吸收 | ||
本發(fā)明涉及一種基于鍍膜摻雜半導(dǎo)體的太赫茲寬帶吸收器，包括摻雜半導(dǎo)體層和鍍膜層，所述鍍膜層設(shè)于摻雜半導(dǎo)體層上方。摻雜半導(dǎo)體在太赫茲波段具有較強(qiáng)的吸收特性，并且由于其折射率表現(xiàn)為Drude色散，在太赫茲某些頻率處，反射相位具有反常色散，即隨著頻率的增加而減小。本發(fā)明利用摻雜半導(dǎo)體在太赫茲波段反射相位的反常色散，在其上鍍膜，使摻雜半導(dǎo)體反射相位的反常色散與鍍膜內(nèi)傳播相位的正常色散相互抵消，并在較寬頻率范圍內(nèi)都能滿足消反射的相位條件，從而實(shí)現(xiàn)太赫茲寬帶消反射和近完美吸收。另外，通過(guò)改變摻雜濃度和鍍膜厚度，可以調(diào)節(jié)寬帶消反射和近完美吸收發(fā)生的頻率范圍。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電磁功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于鍍膜摻雜半導(dǎo)體的太赫茲寬帶吸收器。
背景技術(shù)
太赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz范圍的電磁波，因其特有的性質(zhì)，在安全成像、近距離高速通信等領(lǐng)域有著不可替代的應(yīng)用價(jià)值。太赫茲吸收器作為一種重要的電磁波器件，與太赫茲波檢測(cè)、通信和成像系統(tǒng)的發(fā)展關(guān)系密切。
太赫茲吸收器設(shè)計(jì)原理分為窄帶和寬帶兩大類。太赫茲窄帶吸收器在消反射原理和超材料阻抗匹配原理主導(dǎo)下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了比較令人滿意的吸收性能，目前主要朝著減小尺寸和可調(diào)諧方向進(jìn)一步發(fā)展。太赫茲寬帶吸收器相對(duì)研究較少，目前已提出的寬帶吸收器設(shè)計(jì)方法在尺寸、帶寬、工藝復(fù)雜度上很難取得較好的平衡。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于鍍膜摻雜半導(dǎo)體的太赫茲寬帶吸收器，可以實(shí)現(xiàn)寬帶消反射，且工藝簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：基于鍍膜摻雜半導(dǎo)體的太赫茲寬帶吸收器，包括摻雜半導(dǎo)體層和鍍膜層，所述鍍膜層設(shè)于摻雜半導(dǎo)體層上方；
電磁波入射至所述鍍膜層，滿足以下條件：
振幅條件：|r|＝|ρ|，|r|和|ρ|分別為鍍膜層上、下界面的反射系數(shù)絕對(duì)值；|r|和|ρ|的計(jì)算公式分別為：其中，n0、nd和ns分別為電磁波入射環(huán)境、鍍膜層材料和摻雜半導(dǎo)體層材料的折射率；
相位條件：Φ＝φ(r)+φ(ρ)+δ＝2mπ，Φ表示電磁波在鍍膜層中的往返相位差，φ(r)和φ(ρ)分別表示電磁波在鍍膜層上、下界面的反射相位，δ表示電磁波在鍍膜層中往返引起的傳播相位差，m表示整數(shù)；
其中，所述鍍膜層上界面為電磁波入射環(huán)境與鍍膜層之間形成的界面，所述鍍膜層下界面為鍍膜層與摻雜半導(dǎo)體層之間形成的界面。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用摻雜半導(dǎo)體，其在很寬的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收特性，且其反射相位出現(xiàn)反常色散，隨著電磁波頻率的增加而減小；在摻雜半導(dǎo)體上鍍膜，首先，鍍膜的折射率可以滿足折射率匹配，使結(jié)構(gòu)滿足消反射的振幅條件，其次，適當(dāng)厚度的鍍膜可以使摻雜半導(dǎo)體的反常色散與鍍膜內(nèi)的正常色散相互抵消，滿足消反射的相位條件，從而實(shí)現(xiàn)太赫茲寬帶消反射和近完美吸收。
進(jìn)一步地，所述摻雜半導(dǎo)體層為摻雜GaAs層，所述鍍膜層為聚苯乙烯(PS)膜。摻雜GaAs的折射率表現(xiàn)為Drude色散，在某一波段內(nèi)，其反射相位表現(xiàn)為反常色散，即反射相位隨著頻率增加而減小，而對(duì)應(yīng)的反射率變化則比較緩慢。PS作為摻雜GaAs的鍍膜材料，其折射率可以滿足消反射的振幅條件。
進(jìn)一步地，所述摻雜GaAs層為n型摻雜GaAs層，其摻雜濃度為3×1016cm-3～11×1016cm-3，厚度為280～320μm。
進(jìn)一步地，所述聚苯乙烯膜的厚度為10～20μm。
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