CN214313547U - 一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上设置有周期性结构单元；所述周期性结构单元包括位于所述介质基板中央的高阻表面圆环，所述高阻表面圆环的外周设置有开口谐振环，所述开口谐振环的外侧连接有环绕所述开口谐振环对称分布的谐振单元，所述介质基板的边角对称设置有光敏电阻硅，所述光敏电阻硅与所述谐振单元相连并围成封闭区域。通过在介质基板上的谐振单元涂覆高阻表面并添加光敏电阻，可以实现吸波器在THz波段的可调谐频率及带宽吸收；可以在较小的物理尺寸下实现对太赫兹电磁波的吸收，具有设计灵活、光控可调谐、应用范围广、功能性强的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可调谐窄带太赫兹吸波器，尤其涉及一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器。
背景技术
太赫兹波一般是指频率在0.1～10THz的电磁波，对应的波长范围为3～0.03mm，在频谱分析、探测传感、生物医学、安检成像等众多领域都具有广阔的应用前景。亚波长金属微结构阵列层-介质层-金属层三明治状结构是超材料吸波器的一类典型结构，能够通过抑制透射和反射通道，利用亚波长金属阵列层结构、金属层的欧姆损耗以及介质吸收实现对入射电磁波的完美吸收。然而这类吸波器由于采用常规的金属和介质材料，在通常情况下，只能通过改变几何结构尺寸的方式才能实现对这类超材料吸波器吸波频率的调节，一旦器件制备完成、结构尺寸确定，其吸收特性便不具有可调性。因此，为了能够在不改变几何结构的同时实现对太赫兹吸收频率的调节，深入开展带有电磁参数可调材料的新型吸波器研究工作，已成为太赫兹吸波器领域的一个重要研究方向。
目前，很多研究人员已经提出了各种类型各种形制的超材料吸波器，一般单一波段吸收的超材料吸波器其结构都较为简单，且只能在某一单一波段有一定的吸收效果。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，通过在介质基板上的谐振单元涂覆高阻表面并添加光敏电阻，可以实现吸波器在THz波段的可调谐频率及带宽吸收。
本实用新型为实现上述实用新型目的采用如下技术方案：
本实用新型提供了一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上设置有周期性结构单元；
所述周期性结构单元包括位于所述介质基板中央的高阻表面圆环，所述高阻表面圆环的外周设置有开口谐振环，所述开口谐振环的外侧连接有环绕所述开口谐振环对称分布的谐振单元，所述介质基板的边角对称设置有光敏电阻硅，所述光敏电阻硅与所述谐振单元相连并围成封闭区域。
进一步地，所述开口谐振环的外周设置有高阻表面开口环，所述高阻表面开口环与所述开口谐振环的开***错布置。
进一步地，所述高阻表面开口环的开口长度为15μm。
进一步地，所述介质基板上开设有周期排布的空气柱，所述周期性结构单元设置于所述空气柱上。
进一步地，所述空气柱的外形呈正方体，边长为25μ。
进一步地，所述开口谐振环的开口长度为10μm。
进一步地，所述光敏电阻硅的长度为23.1μm，厚度为4μm。
进一步地，所述底层反射板外形呈正方体，边长为160μm，厚度为0.25μm。
进一步地，所述谐振单元外形呈凸字形。
进一步地，所述开口谐振环及与所述开口谐振环相连的谐振单元均采用金材料制作。
本实用新型的有益效果：
通过在介质基板上的谐振单元涂覆高阻表面并添加光敏电阻，可以实现吸波器在THz波段的可调谐频率及带宽吸收；
可以在较小的物理尺寸下实现对太赫兹电磁波的吸收，具有设计灵活、光控可调谐、应用范围广、功能性强的特点。
附图说明
图1为根据本实用新型实施例提供的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器的主视图；
图2为根据本实用新型实施例提供的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器的俯视图；
图3为根据本实用新型实施例提供的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器的侧视图；
图4为根据本实用新型实施例提供的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器的俯视图阵列 (3×3)图；
图5为根据本实用新型实施例提供的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器TE模式电磁波垂直入射时光敏电阻电导率为1S/m的吸收曲线；
图6为根据本实用新型实施例提供的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器TE模式电磁波垂直入射时光敏电阻电导率为1e6 S/m的吸收曲线；
图7为根据本实用新型实施例提供的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器TE模式电磁波垂直入射时在不同电导率的吸收曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
本实施例提出了一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其结构如图1、图2和图3所示，包括底层反射板1，底层反射板1上设置有介质基板2，介质基板2是聚酰亚胺(损耗角正切是0.0027)，其介质基板2上设置基板中央的高阻表面圆环8、开口谐振环6、与开口谐振环6相接的“凸”字形谐振单元7及沿介质基板1四个角均匀对称分布的光敏电阻硅3，光敏电阻硅3的介电常数为11.7，开口谐振环6、与开口谐振环6相连的谐振单元7均采用金材料制作，金的电导率为45610000S/m，具体的结构如图1所示。
所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器由若干个谐振单元7周期排列而成。结构单元底层是完整的金属反射板，用于全反射，金属反射板上方是介质基板，介质基板上开有周期排布的正方形空气柱5。其结构单元阵列(3×3)如图4所示。
所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，底层反射板1采用金属反射板，材料为金。
所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，能够在THz波段实现可调谐的吸波性能。
该吸波器结构单元四个角是由光敏电阻硅3构成，其长度为23.1μm，与其相连的四个“凸”字形谐振单元7为金，内部相连同样为金的开口谐振环6，其半径为38.75μm，开口长度为10μm。其外部设有半径为47.5μm的高阻表面开口环4，其开口长度为15μm。谐振环内部设有由高阻表面构成的圆环结构，对应的半径为22.5μm。
其相关参数如表1所示。
表1
| 参数 | a<sub>1</sub> | a<sub>2</sub> | d<sub>1</sub> | d<sub>2</sub> | d<sub>3</sub> | d<sub>4</sub> |
| 数值(μm) | 131.25 | 25 | 4 | 25 | 5 | 12 |
| 参数 | d<sub>5</sub> | p | r<sub>1</sub> | r<sub>2</sub> | r<sub>3</sub> | t<sub>1</sub> |
| 数值(μm) | 10 | 160 | 47.5 | 38.75 | 22.5 | 0.25 |
| 参数 | t<sub>2</sub> | t<sub>3</sub> | y | w<sub>1</sub> | w<sub>2</sub> | w<sub>3</sub> |
| 数值(μm) | 7.6 | 0.2 | 23.1 | 10 | 15 | 5 |
图5和图6分别是一种光控超材料的可调谐窄带吸波器，当介质基板表面光敏电阻硅的电导率 q为1S/m时TE和TM波的吸收曲线。由图5可知，在频域1.42-1.52THz内，该吸收器的吸收率在90％以上，且在频点1.446THz处，吸收率达到了98.21％，几乎达到了完美吸收，TE波和TM波的吸收曲线几乎达到了完美重合，由图6可知，TM波的吸收频域为1.42-1.52THz(吸收率大于90％)。所以该吸收器是极化不敏感的。
图7是TE波下不同的电导率的吸收曲线。由图7可知，当电导率q从1S/m变到1e6 S/m时，该吸收器的吸收峰在不断向低频段移动，且由高频段的窄带吸收逐渐变为低频点的单频点吸收。当 q<5e3 S/m时，该吸收器为高频段的窄带吸收。当q>5e5S/m时，该吸收器为低频段的单频点吸收且吸收率90％以上的吸收带宽逐渐减小，其单频点位置大约在1.13THz处吸收率最高可达97.3％。
以上对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，当然，本实用新型还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上设置有周期性结构单元；
所述周期性结构单元包括位于所述介质基板中央的高阻表面圆环，所述高阻表面圆环的外周设置有开口谐振环，所述开口谐振环的外侧连接有环绕所述开口谐振环对称分布的谐振单元，所述介质基板的边角对称设置有光敏电阻硅，所述光敏电阻硅与所述谐振单元相连并围成封闭区域。
2.根据权利要求1所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述开口谐振环的外周设置有高阻表面开口环，所述高阻表面开口环与所述开口谐振环的开***错布置。
3.根据权利要求2所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述高阻表面开口环的开口长度为15μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述介质基板上开设有周期排布的空气柱，所述周期性结构单元设置于所述空气柱上。
5.根据权利要求4所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述空气柱的外形呈正方体，边长为25μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述开口谐振环的开口长度为10μm。
7.根据权利要求1所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述光敏电阻硅的长度为23.1μm，厚度为4μm。
8.根据权利要求1所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述底层反射板外形呈正方体，边长为160μm，厚度为0.25μm。
9.根据权利要求1所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述谐振单元外形呈凸字形。
10.根据权利要求1所述的一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器，其特征在于，所述开口谐振环及与所述开口谐振环相连的谐振单元均采用金材料制作。
Priority Applications (1)
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| CN202023041683.5U CN214313547U (zh) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | 一种基于光控超材料的可调谐窄带吸波器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114967124A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-30 | 南京邮电大学 | 柱状光子晶体中全频段可调吸收-透射窗的实现方法 |
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2020
- 2020-12-17 CN CN202023041683.5U patent/CN214313547U/zh active Active
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| CN114967124A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-30 | 南京邮电大学 | 柱状光子晶体中全频段可调吸收-透射窗的实现方法 |
| CN114967124B (zh) * | 2022-06-08 | 2024-04-05 | 南京邮电大学 | 柱状光子晶体中全频段可调吸收-透射窗的实现方法 |
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