[發(fā)明專利]一種可見(jiàn)-近紅外波段的可調(diào)諧雙頻完美吸收器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910648552.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110346853B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉桂強(qiáng);施雷雷;劉正奇;李玉銀;劉曉山;唐倩;柳葉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B5/00
• 分類號(hào): G02B5/00;G02B1/00
• 代理公司: 南昌華成聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

本發(fā)明提供了一種可見(jiàn)?近紅外波段的可調(diào)諧雙頻完美吸收器。該吸收器包括金屬基底層、介質(zhì)納米棒結(jié)構(gòu)陣列層、金屬?介質(zhì)?金屬核殼納米棒結(jié)構(gòu)陣列層。該吸收器在可見(jiàn)光波段的749納米和近紅外波段的1749納米處出現(xiàn)了兩個(gè)完美吸收峰，吸收均超過(guò)98％，且這兩個(gè)完美吸收峰對(duì)入射光角度和偏振態(tài)的變化不敏感。該吸收器還具有高靈敏度的光學(xué)傳感性能，對(duì)環(huán)境折射率變化檢測(cè)的傳感靈敏度高達(dá)783.705納米/RIU，在性能上超越了傳統(tǒng)的吸收器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電材料和光子學(xué)等領(lǐng)域，涉及一種可見(jiàn)-近紅外波段的可調(diào)諧雙頻完美吸收器。

背景技術(shù)

表面等離激元(Surface Plasmons，SPs)是由金屬的表面自由電子在光的照射下所引起的集體振蕩模式，可在金屬表面形成極強(qiáng)的局域電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，從而導(dǎo)致各種新奇的光學(xué)現(xiàn)象，如Fano共振、增強(qiáng)光透射和局域電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)等。

超材料是指人工設(shè)計(jì)和制造的周期性亞波長(zhǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。近年來(lái)，基于金屬表面等離激元而構(gòu)建的超材料(Plasmonic Metamaterials)因其奇異的電磁響應(yīng)特性，已成為物理學(xué)、材料學(xué)、電磁學(xué)及化學(xué)等學(xué)科研究的新興領(lǐng)域之一。基于表面等離激元超材料的不同設(shè)備，如吸收器、超級(jí)透鏡、隱身斗篷、天線和濾波器等，已被成功地設(shè)計(jì)、制作出來(lái)，并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)功能的實(shí)際應(yīng)用。

完美吸收器是一種基于表面等離激元超材料特性的一種電磁諧振吸收器，其概念最早出現(xiàn)在《Physical Review Letters》(Phys.Rev.Lett.,2008,100,207402)上。典型的完美吸收器主要由金屬-介質(zhì)-金屬三層膜結(jié)構(gòu)堆疊組成。不透光的金屬基底可以有效阻止光的傳輸，使得光的透過(guò)率為0。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)及調(diào)整器件結(jié)構(gòu)單元的形狀、尺寸、排列方式或選取不同的材料，可使得在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)光的反射率(R)和光透射率(T)均趨近于0，從而可實(shí)現(xiàn)接近100％的吸光度(A＝1-R-T)，獲得單頻、多頻或者寬帶完美吸收。自2008年起，完美吸收器獲得了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注，開(kāi)拓了各種波段如紫外波段、可見(jiàn)光波段、近紅外波段等的電磁波完美吸收器。然而，這些超材料吸收器大多局限于用于太陽(yáng)能捕獲和轉(zhuǎn)換的寬頻帶完美吸收，這在很大程度上限制了超材料吸收器的應(yīng)用范圍。

近年來(lái)，基于等離激元傳感應(yīng)用的窄帶完美吸收器的研究越來(lái)越多，例如：Liu等制造了一種等離激元傳感器，折射率靈敏度(S)為400納米/RIU，且吸收達(dá)到了99％[NatureMaterials，10(12)：911-921，2011]；Cetin等提出了一種用于生物傳感的殼/核等離激元結(jié)構(gòu)，其折射率靈敏度(S)為648納米/RIU[ACS Nano 6(11)：9989-9995，2012]。但基于表面等離激元完美吸收器大多工作頻段單一、帶寬較寬且工作頻率固定。

綜上所述，如何突破已有研究體系的局限實(shí)現(xiàn)雙頻窄帶且可用于光學(xué)傳感器的完美吸收器依然是當(dāng)前研究的一個(gè)難題。因此，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有可見(jiàn)-近紅外光譜范圍的可調(diào)諧雙頻窄帶完美吸收響應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服單頻帶吸收的不足之處，解決偏振敏感等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可見(jiàn)-近紅外波段的可調(diào)諧雙頻完美吸收器。

本發(fā)明的一種可見(jiàn)-近紅外波段的可調(diào)諧雙頻完美吸收器，包括：

金屬基底層；

設(shè)置在所述的金屬基底層上的介質(zhì)納米棒結(jié)構(gòu)，所述的介質(zhì)納米棒結(jié)構(gòu)由介質(zhì)納米棒組成，且形狀為柱狀；

設(shè)置在所述的介質(zhì)納米棒結(jié)構(gòu)上的金屬-介質(zhì)-金屬核殼納米棒結(jié)構(gòu)，所述的金屬-介質(zhì)-金屬核殼納米棒結(jié)構(gòu)由第一金屬納米棒、介質(zhì)納米棒和第二金屬納米棒組成，且形狀為柱狀；其中，第一金屬納米棒位于中間，介質(zhì)納米棒環(huán)繞第一金屬納米棒設(shè)置，第二金屬納米棒環(huán)繞介質(zhì)納米棒設(shè)置。

優(yōu)選的，所述的介質(zhì)納米棒結(jié)構(gòu)的形狀為圓柱狀，其半徑范圍為78-82納米，高度范圍為30-50納米。