[發(fā)明專利]一種基于銀開口諧振環(huán)超表面的中紅外超寬帶吸波器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110888673.5
• 申請(qǐng)日: 2021-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN113708084A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊宏艷;李正凱;梅梓洋;魏小玉;苑立波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q17/00
• 分類號(hào): H01Q17/00;H01Q15/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開一種基于銀開口諧振環(huán)超表面的中紅外超寬帶吸波器，其中包括開口諧振環(huán)、硅層、氮化硅層、二氧化硅層、金屬銀鏡組成。開口諧振環(huán)在氮化硅層表面呈方陣形式排列，并被硅層所覆蓋。本發(fā)明吸波器具有超寬帶的吸波范圍，大于90％吸收率的絕對(duì)帶寬為14.5um(9.1um～23.6um)，相對(duì)帶寬約為88.7％，涉及波段為紅外光譜中紅外范圍。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料成本低，能夠?qū)⒐鈭?chǎng)有效的束縛在器件內(nèi)部，且能在氣體至大部分液體折射率環(huán)境中使用，具有應(yīng)用范圍廣、魯棒性好、易于小型化和高集成度等特點(diǎn)，在中紅外完美吸波器件中有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納光電子器件領(lǐng)域，具體是一種基于金屬超表面的中紅外超寬帶完美吸波器。

(二)背景技術(shù)

超表面是指由亞波長(zhǎng)晶胞構(gòu)成的且具有超凡電磁特性的人工二維材料。超表面可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波偏振、振幅、相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調(diào)控。根據(jù)組成材料的不同，超表面可分為金屬超表面和介質(zhì)超表面，其核心思想是通過(guò)人為構(gòu)造的方式，將一些亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)以周期或非周期的形式排列起來(lái)，從而可以實(shí)現(xiàn)自然材料所不具備的特殊電磁特性。由于其獨(dú)特的亞波長(zhǎng)表面結(jié)構(gòu)，使其在用于光與物質(zhì)相互作用時(shí)展現(xiàn)出了優(yōu)異的光學(xué)特性。近年來(lái)，由于微納加工技術(shù)的進(jìn)步，超表面被廣泛地應(yīng)用于超靈敏生物化學(xué)傳感器、慢光器件、光學(xué)調(diào)制器件等。

金屬納米顆粒在平面光照射下，其費(fèi)米能級(jí)附近導(dǎo)帶上的自由電子打破平衡發(fā)生集體振蕩，產(chǎn)生局域表面等離激元(Localized Surface Plasmons，LSPs)。當(dāng)入射光頻率與自由電子振蕩頻率匹配時(shí)就會(huì)形成局域表面等離激元共振(Localized Surface PlasmonsResonance，LSPR)，實(shí)現(xiàn)納米尺度下電磁場(chǎng)能量的局域增強(qiáng)和調(diào)控。

一般來(lái)說(shuō)，中紅外輻射通常被定義為波長(zhǎng)處于2.5-25um的電磁波，其不僅可用于分子含量的檢測(cè)和分子類型的鑒定，還可以實(shí)現(xiàn)分子的成像等。分子是由兩個(gè)或多個(gè)原子通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合而成，除了和原子一樣有電子能態(tài)外，分子中的原子之間存在振動(dòng)和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，不同原子之間及不同模式的振動(dòng)頻率不同，可以通過(guò)特定的官能團(tuán)具有的各自獨(dú)特的能態(tài)來(lái)識(shí)別各種材料。對(duì)于振動(dòng)能態(tài)的探測(cè)，可以使用紅外光，例如近紅外或中紅外光。由于中紅外光可以與基頻振動(dòng)共振，因此可獲得更強(qiáng)的光譜吸收強(qiáng)度和更多的識(shí)別特征。基于以上特點(diǎn)，中紅外吸波器在軍事領(lǐng)域，如夜視儀、熱成像、紅外探測(cè)器有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí)由于分子具有不同的官能團(tuán)，因此可以使用中紅外“指紋光譜”來(lái)識(shí)別分子并表征其結(jié)構(gòu)。另外混合物的中紅外光譜是各組分的光譜疊加而成的，因此依照光譜特征可以測(cè)定混合物中各組分的含量，因此中紅外吸波器在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)治療以及基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和研究。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于銀開口諧振環(huán)超表面的中紅外超寬帶吸波器，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于銀開口諧振環(huán)超表面的中紅外超寬帶吸波器，從下到上依次由金屬銀鏡、二氧化硅層，氮化硅層、開口諧振環(huán)、硅層組成。氮化硅層上表面鋪有開口諧振環(huán)，其上覆蓋一層硅。開口諧振環(huán)由兩個(gè)完全一致的銀半圓環(huán)與一根平行于x軸并經(jīng)過(guò)兩銀半圓環(huán)圓心的銀條帶組成，并在氮化硅層上表面周期排列，每個(gè)單元周期大小均一樣。所有開口諧振環(huán)單元均在氮化硅層上呈方陣形式周期排列。

上述技術(shù)方案可采用如下優(yōu)選方式：

所述的金屬銀鏡厚度為300nm；二氧化硅層厚度為1000nm；氮化硅介質(zhì)層厚度為300nm；所述開口諧振環(huán)線寬為30nm，間隙為250nm，內(nèi)環(huán)半徑為220nm，外環(huán)半徑為250nm，高度為30nm；所述開口諧振環(huán)單元周期為1150nm；所述硅介質(zhì)層厚度為180nm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：