[發明專利]一種基于表面等離子激元的多頻太赫茲超材料吸收器

有效

• 申請號: 202010050510.5
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111239865B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 王玥;崔子健;岳莉莎;張曉菊
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

本發明公開了一種基于表面等離子激元的多頻太赫茲超材料吸收器，該吸收器由吸收器單元陣列組成，吸收器單元由頂層設計金屬圖樣層和底部金屬背板層兩個金屬層夾貼聚酰亞胺介質層的三層結構組成，三層結構緊密貼合；所述頂層設計金屬圖樣層采用雙開口環圖樣正交工字圖樣的結構；所述頂層設計金屬圖樣層和底部金屬背板層采用金、鉻雙層金屬復合結構，增加了結構之間的粘附性。本發明利用吸收器單元結構周期和頂層設計金屬圖樣層尺寸的匹配關系，在0.3THz到2THz范圍內實現了基于表面等離子激元模式的吸收峰、且該吸收峰具有高吸收率和高品質因子特點。

技術領域

本發明涉及超材料吸收器領域，具體涉及一種基于表面等離子激元的多頻太赫茲超材料吸收器。

背景技術

隨著一系列新材料、新技術的發展，特別是人工電磁超材料以及超快技術的發展，太赫茲相關技術得以迅速發展。太赫茲波是指頻率范圍在0.1THz到10THz之間的電磁波，具有光子攜帶能量低、高信噪比、非金屬非極性材料“透明”等特點，且許多生物大分子的振動和轉動能級，許多先進材料的聲子振動能級多處在THz頻域范圍內，在生物化學領域、國防安全領域、第六代通訊設備領域具有廣闊的應用前景。相較于自然材料，人工電磁超材料的電磁性質依賴于人為的設計，可實現對太赫茲波的精準調控。基于超材料結構的太赫茲吸收器，也成為了太赫茲領域的研究熱點之一。近年來，對太赫茲超材料吸收器的研究不斷深入，傳統的只能實現完美吸收特性的太赫茲超材料吸收器不能滿足實際應用中的各項要求，太赫茲超材料吸收器的設計逐步轉向指定功能的特殊性能器件，設計一種具有高品質因子的吸收響應的太赫茲超材料吸收器將在傳感、檢測領域具有重要的應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于表面等離子激元的多頻太赫茲超材料吸收器，具有表面等離子激元耦合偶極子模式激發的高品質因子吸收峰。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案：

一種基于表面等離子激元的多頻太赫茲超材料吸收器，該吸收器由吸收器單元陣列組成，吸收器單元包括頂層設計金屬圖樣層、聚酰亞胺介質層和底部金屬背板層，頂層設計金屬圖樣層采用雙開口環圖樣正交工字圖樣的結構，分別用來提供基礎的LC共振模式吸收和偶極子共振模式吸收，吸收器單元結構周期為頂層設計金屬圖樣橫向尺寸的2～3倍。

進一步地，所述的頂層設計金屬圖樣層和底部金屬背板層采用金、鉻雙層金屬復合結構，所述頂層設計金屬圖樣層厚度為150～200nm。

進一步地，所述頂層設計金屬圖樣層中雙開口環圖樣的橫向尺寸為工字圖樣橫向尺寸的0.85～1.5倍。

進一步地，所述工字圖樣高度H為40μm～60μm，寬度W為40μm～60μm。

進一步地，所述雙開口環圖樣寬度w為40μm～60μm，高度h為所述工字圖樣高度的0.4～0.6倍。

進一步地，所述雙開口環圖樣的開口尺寸g為5μm～w/2μm。

進一步地，所述聚酰亞胺介質層厚度為6～12μm，介電常數為2.8～3.5。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：在0.3THz到2THz范圍內實現了基于表面等離子激元模式的吸收峰、且該吸收峰具有高吸收率和高品質因子特點。

附圖說明

圖1為本發明基于表面等離子激元的多頻太赫茲超材料吸收器單元結構三維視圖；

圖2為本發明基于表面等離子激元的多頻太赫茲超材料吸收器單元結構主視圖；

圖3為本發明頂層金屬設計圖樣的本征吸收光譜；

圖4為本發明的表面等離子激元模式的電場分布圖；

圖5為本發明基于表面等離子激元的多頻太赫茲超材料吸收器的吸收光譜。