[實用新型]一種金屬納米環柱陣列結構的新型超窄帶吸波器

有效

• 申請號: 201920062121.7
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN209198690U
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 伍鐵生;王學玉;張慧仙;王宜穎;曹衛平
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 石燕妮

本實用新型涉及一種金屬納米環柱陣列結構的新型超窄帶吸波器，解決的是品質因數差的技術問題，通過采用所述基于表面晶格共振的超窄帶吸收體是由納米環柱陣列組成的；所述的納米陣列單元從下往上依次設置為介質層基底、金屬薄膜反射層及諧振器；所述的納米陣列單元反射層薄膜金的厚度大于入射電磁波在貴金屬金的趨膚深度的技術方案；所述的納米陣列單元采用雙環柱結構壓縮了吸波體的吸收頻譜的半峰全寬，較好地解決了傳統吸波體吸收效率低，吸收半峰全寬大，品質因數低等問題，可用于窄帶熱輻射器，等離子體生物傳感器的應用中。

技術領域

本實用新型涉及超窄帶吸波器領域，具體涉及一種金屬納米環柱陣列結構的新型超窄帶吸波器。

背景技術

近年來，基于表面晶格共振的窄帶吸波體在許多領域中被受關注。納米尺度的超窄帶吸波器由于體積小，靈敏度高，市場應用前景廣泛，易于大規模生產等特性，越來越受到人們的重視。而傳統的窄帶吸波體的常規結構是金屬-介質-金屬結構，但是產生的表面晶格共振效應較不明顯，顯著降低了吸波體的品質因數，致使窄帶吸波體的應用受限。

為解決現有超窄帶吸波器品質因數小的技術問題，本實用新型提供一種基于納米結構金屬表面的表面晶格共振的超窄帶吸波體，在共振吸收波長能夠產生強烈的表面晶格共振效應和超高的光學相互作用，得到較高的品質因數。使得基于表面晶格共振的超窄帶吸波體在窄帶熱輻射器，高靈敏度生物傳感器等方面具有較大的應用發展前景。

實用新型內容

現有報道的窄帶吸波體幾乎都存在品質因數小問題，為解決這一技術問題，本實用新型提供了一種基于金屬納米環柱陣列結構的新型超窄帶吸波器，該新型超窄帶吸波器具有較高的品質因數的特點。

為提升窄帶吸波體的品質因數，采用的技術方案如下：

一種金屬納米環柱陣列結構的新型超窄帶吸波器，所述金屬納米環柱陣列結構的新型超窄帶吸波器包括周期性排列的納米結構單元；所述納米結構單元從下往上依次為介質基底、底層連續金屬薄膜、諧振器；所述底層連續金屬薄膜的厚度大于入射波在所述底層連續金屬薄膜層的趨膚深度；

所述諧振器包括兩個同心金屬納米環柱；第一同心金屬納米環柱處于第二同心金屬納米環柱之下，兩納米環柱內徑相等，第一納米環柱外徑大于第二納米環柱的外徑，且兩者高度相等；所述第一納米環柱與第二納米環柱之間無縫連接；

所述介質基底與底層連續金屬薄膜豎直截面形狀均為長方形；所述介質基底和底層連續金屬薄膜的水平截面形狀均為正方形且大小相同。

本實用新型的工作原理：由于所設計的超窄帶吸波體的吸波組分僅由同一金屬組成，所以能使周期性納米結構產生較強表面晶格共振，同時使諧振器和金膜兩者之間產生較強的光學耦合作用，從而使器件能獲得較高的品質因數。表面晶格共振本質上是復雜的局域表面等離子體共振，它在周期性陣列衍射級上不僅具有周期性效應，而且受到金屬結構等離激元性質的影響。而對于我們所設計的結構，共振波長隨著周期變大而線性增加。由于每個結構單元具有更強的耦合作用和更強的表面晶格共振效應，所述窄帶吸波體結構具有更小的周期性。并且，我們能夠通過增加周期的大小可以減少結構單元之間的耦合由此可以減小諧振帶寬。

該納米結構是全金制成的，與普通的金屬-介質-金屬結構相比，所設計的納米結構下方的高反射性底層提供了強烈的光學相互作用，并將光線散射回空氣而不是向下進入電介質。通過消除這種前向散射，輻射損耗顯著降低，有助于得到更窄的吸收帶。全金屬吸收體將電磁場共振從基底界面驅動到納米結構的頂部表面。來自頂部表面的激發模式可以將局部場的強度比金屬-介質-金屬結構要高三倍以上。總體而言，由下面的金屬基板所激發的高度激發的表面晶格共振可以提供更尖的吸收頻譜和更高品質因數。

上述方案中，為優化，進一步地，所述底層連續金屬薄膜的材質為金。