CN108718006B - 一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，包括若干个吸波单元顺次排列而成，每个吸波单元从底层到顶层依次为金属层、介质层和金属微结构单元层，三层结构紧密贴合，金属微结构单元层包括同一平面相互连接的三部分，具体结构为：包括一对对称设置的工字型结构，每个工字型结构水平的两条边中其中一边比另一边短，两个工字型结构的短边沿水平线对称，两个工字型结构的竖直部分上还覆有四方窗口结构，四方窗口结构以两个工字型结构的短边的对称轴为轴对称结构，介质层为介电常数为2.88、损耗角正切0.0032的聚酰亚胺薄膜，本发明宽入射角、极化敏感、结构简单、厚度薄等特性在保密、成像***和热检测器等领域具有很大的应用潜能。

Description

一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器
技术领域
本发明属于太赫兹超材料技术领域，具体涉及一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器。
背景技术
完美超材料吸波器因为它具有近乎百分之百的吸收入射波的能力而引起广泛关注，它是由某个单元周期性排列而成，借助于周期单元内相应几何参数和几何结构的设计，使入射到结构上的某个频段的电磁波发生耦合从而近乎完美的吸收入射电磁波。近乎完美的吸收器组件在光谱检测、选择性发射器、高效太阳能电池、等离子传感器和隐形等领域有潜在的应用。而在飞机、军舰表面覆盖超材料吸收器结构可以有效的躲避敌军的探测和追踪，此外超材料吸收器还可以减轻家用电器，手机等电子器件的电磁泄漏，降低电磁辐射对人体造成的伤害。自从第一个超材料吸收器问世以后，许多类型的单波段吸收器被相继提出。而在太赫兹波段，多波段的完美超材料吸收器更具吸引力，是目前主要发展方向。因此，有必要设计太赫兹波段的多波段吸波器，这样的吸波器能够明显的用于保密、成像***和热检测器等领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，宽入射角、极化敏感、结构简单、厚度薄等特性在保密、成像***和热检测器等领域具有很大的应用潜能。
本发明所采用的技术方案是，一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，包括若干个吸波单元顺次排列而成，每个吸波单元从底层到顶层依次为金属层、介质层和金属微结构单元层，三层结构紧密贴合，实现在太赫兹波段有三个吸收峰。
本发明的特点还在于，
金属微结构单元层包括同一平面相互连接的三部分，具体结构为：包括一对对称设置的工字型结构，每个工字型结构水平的两条边中其中一边比另一边短，两个工字型结构的短边沿水平线对称，两个工字型结构的竖直部分上还覆有四方窗口结构，四方窗口结构以两个工字型结构的短边的对称轴为轴对称结构。
四方窗口结构的两条水平边均超过其与两条竖直边连接位置处一段距离。
四方窗口结构的每条水平边均以所述工字型结构的竖直部分为对称轴。
介质层为介电常数为2.88、损耗角正切0.0032的聚酰亚胺薄膜。
本发明的有益效果是，一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，在现有结构的基础上进行拓扑，可以实现由单个吸收峰转变为三个吸收峰；底层金属层为全金属结构，采用这种结构可以保证无电磁波透射，进入到吸波体内部的电磁波在介质损耗和欧姆损耗的作用下被全部损耗掉；本发明整个结构简单、厚度超薄、利于集成以及具有柔性，中间介质层的厚度为8微米，整体厚度为8.3微米，三个吸收波段中后两个吸收率达到了99.2％和99.9％，接近完美吸收；具有宽入射角特性，当入射角度增加到60度时在1.29THz和1.59THz频率处依旧能保持90％以上吸收率。
附图说明
图1是本发明一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器吸波单元三维示意图；
图2是本发明一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器吸波单元正视图；
图3是本发明一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器实物图；
图4是本发明一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器中THz波吸收率；
图5是本发明一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器中在THz波斜入射时的吸收率。
图中，1.金属层，2.介质层，3.金属微结构单元层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，结构如图1～图3所示，包括若干个吸波单元顺次排列而成，每个吸波单元从底层到顶层依次为金属层1、介质层2和金属微结构单元层3，三层结构紧密贴合，实现在太赫兹波段有三个吸收峰。
金属微结构单元层3包括同一平面相互连接的三部分，具体结构为：包括一对对称设置的工字型结构，每个工字型结构水平的两条边中其中一边比另一边短，两个工字型结构的短边沿水平线对称，两个工字型结构的竖直部分上还覆有四方窗口结构，四方窗口结构以两个工字型结构的短边的对称轴为轴对称结构。
四方窗口结构的两条水平边均超过其与两条竖直边连接位置处一段距离。
四方窗口结构的每条水平边均以所述工字型结构的竖直部分为对称轴。
介质层2为介电常数为2.88、损耗角正切0.0032的聚酰亚胺薄膜，厚度为8μm；金属层1和金属微结构单元层3的电导率为5.8×107S/m、厚度均为0.15μm。
本发明一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，对应的晶格常数为g＝120μm，其余的参数结构为a＝12μm，b＝18.5μm，c＝6μm，d＝50μm，e＝78μm，f＝59μm，h＝3μm，w＝5μm，j＝22μm；金属层1和金属微结构单元层3紧附在介质层2表面上，且中心在同一点上。图3是本发明光学显微镜实物图。图4是本发明在TE模式下THz波段的吸收特性曲线图，本发明在0.59THz、1.29THz和1.59THz频率处对应的吸收率分别为83.2％、99.2％和99.9％，如图4所示。图5为本发明提供的三波段拓扑超材料吸波器在不同入射角度情况下的吸收特性曲线，从图5中可以看出，本发明在吸收频率点处对斜角度入射仍保持着良好的吸收特性，当入射角度增加到60度时，吸收率在1.29THz和1.59THz频率处仍保持在90％以上，从而可以满足大角度斜入射时器件的吸收能力。
本发明一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，在近场检测、成像以及通信等领域有潜在的应用。

Claims (4)

1.一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，其特征在于，包括若干个吸波单元顺次排列而成，所述每个吸波单元从底层到顶层依次为金属层(1)、介质层(2)和金属微结构单元层(3)，三层结构紧密贴合，实现在太赫兹波段有三个吸收峰，所述金属微结构单元层(3)包括同一平面相互连接的三部分，具体结构为：包括一对对称设置的工字型结构，每个工字型结构水平的两条边中其中一边比另一边短，两个工字型结构的短边沿水平线对称，两个工字型结构的竖直部分上还覆有四方窗口结构，四方窗口结构以两个工字型结构的短边的对称轴为轴对称结构。
2.根据权利要求1所述的一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，其特征在于，所述四方窗口结构的两条水平边均超过其与两条竖直边连接位置处一段距离。
3.根据权利要求2所述的一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，其特征在于，所述四方窗口结构的每条水平边均以所述工字型结构的竖直部分为对称轴。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种三波段拓扑超材料太赫兹吸波器，其特征在于，所述介质层(2)为介电常数为2.88、损耗角正切0.0032的聚酰亚胺薄膜。
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Denomination of invention: A three band topological metamaterial terahertz absorber

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