CN214849067U - 一种宽带太赫兹吸波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽带太赫兹吸波器，从底部至上依次包括金属衬底层、第一介质层、第一方形金属层、第二介质层、第二方形金属层、第三介质层；两层方形金属层被介质层SU‑8光刻胶包围着，SU‑8是一种损耗介质，介电常数为2.79‑0.31i；金属衬底层足够厚，可以阻挡太赫兹波透过。该太赫兹吸波器的不同模式的法布里‑珀罗谐振腔通过谐振腔的间隙与表面等离子体耦合产生宽带吸波的效果。该吸波器结构可以实现良好的吸收效果，其吸收率大于90％的吸收带宽1.74THz。本实用新型价格便宜且吸收效果较好。适用于电磁抗干扰及现代通信***。

Description

一种宽带太赫兹吸波器

技术领域

本实用新型涉及电磁波吸波领域，特别是涉及一种宽带太赫兹吸波器。

背景技术

超材料吸波器是一种对入射电磁能量有高吸收率的周期性亚波长结构的器件。各类吸波器都有其不同的频率响应，这取决于它们的几何性质和组成材料。目前，吸波器可用于单波段、多波段和宽带，其工作频率在微波、太赫兹、红外、可见光和紫外光波范围，同时还被应用于传感器、太阳能电池、隐身和成像等领域。设计吸波工作带宽宽、易于制造加工的吸波器在太赫兹领域具有非常重要的应用价值。

在电磁波吸波领域中，我们需要吸波器具有宽带的特性，为此研究人员提出了各种宽带吸波器，其中包括衍射光栅硅基吸波器、金属-绝缘体-金属谐振器吸波器和石墨烯基吸波器等。石墨烯吸波器可以实现宽带可调，但是对于石墨烯制作工艺提出了更高的要求，不符合广泛应用要求；虽然硅基吸波器通常是宽带的，但这类吸波器存在厚度过大的缺点。对于这些吸波器波段的展宽，目前已经提出了各种方法，最常见的就是在周期单元中水平或垂直排列不同尺寸的金属谐振器来实现宽带吸收。目前，垂直堆叠的吸波器通常比其他类型的吸波器具有更宽的宽带。

近年来，在宽带吸波器技术研究上取得了不错的成果。2019年5月13日，电子科技大学提出了申请号为201910394187.0的“一种太赫兹频段宽带超材料吸波器”包括金属衬底、介质层和金属谐振层，金属谐振层上有四对平行沟道，通过引入电容性耦合沟道，形成容性耦合原理，产生吸波效果，该方法涉及的结构较复杂，不易加工。2020年6月30日，安阳师范学院提出了申请号为 202010648805.2的“一种宽频超材料吸波器的设计”，其结构包括金属层、介质层和结构化石墨烯层，该结构虽然简单易加工但是存在工作带宽较窄的不足。

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种宽带太赫兹吸波器，以满足目前在太赫兹探测领域对此类宽带吸波器的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出一种宽带太赫兹吸波器。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的技术原理是：法布里-珀罗谐振腔之间的间隙耦合产生的宽带吸收现象，该结构的三层金属层表面和空气与介质层之间的界面构成三种不同模式的法布里-珀罗谐振腔，不同模式的法布里-珀罗谐振腔通过谐振腔的间隙与表面等离子体耦合产生宽带吸波的效果。

优选的，第一，用电子束蒸发的方法在清洗过的硅片上沉积110纳米厚的铬形成所述金属衬底层1；第二，将液态光刻胶SU-8旋转涂覆在铬表面上，并将柔软的SU-8烘烤形成所述第一介质层2；第三，通过光刻工艺制作方形金属层图案；第四，通过电子束蒸发沉积第二层110纳米厚的铬层，然后通过剥离工艺形成所述第一方形金属层3；第五，另一层液态光刻胶SU-8旋转涂覆在所述第一方形金属层3上方形成所述第二介质层4；第六，再次通过光刻工艺制作方形金属层图案；第七，通过电子束蒸发沉积第三层110纳米厚的铬层，然后通过剥离工艺形成所述第二方形金属层5；第八，最后一层液态光刻胶SU-8旋转涂覆在所述第二方形金属层5上方形成所述第三介质层6。

优选的，一种宽带太赫兹吸波器，从底部至上依次包括金属衬底层、第一介质层、第一方形金属层、第二介质层、第二方形金属层、第三介质层；两层方形金属层嵌在SU-8光刻胶中，其最上方的介质层，不仅能保护铬谐振器免受氧化，并且能够进一步提高吸波器的吸收带宽；所述两层方形金属层通过几何中心对齐形成周期性排列的太赫兹吸波器。

优选的，所述金属衬底层和两层方形金属层均采用金属铬，电导率为8× 10⁶S/m；所述介质层均为SU-8光刻胶，其介电常数为2.79-0.31i。

优选的，吸波器单元结构周期p为101微米；所述金属衬底层1、第一方形金属层3和第二方形金属层5的厚度均为110纳米；所述第一方形金属层3的宽度w1为76微米，第二方形金属层5的宽度w2为41微米；所述第一介质层 2的厚度h1为22微米，第二介质层4的厚度h2为22微米，第三介质层6的厚度h3为20微米。

优选的，吸波器结构工作波段为1.5～3.5THz。

本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型所述宽带太赫兹吸波器吸收率大于90％的吸收带宽为1.74THz，具有高吸收率和宽带吸收的特性。

2.本实用新型所述宽带太赫兹吸波器结构简单、紧凑，便于大规模集成生产。

3.所提出的结构具有对称性，因此对谐振腔之间的失调不敏感，也使得其制造变得容易。

附图说明

为了更加清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中吸波器周期性排布的三维结构示意图；

图2为本实用新型实施例中吸波器的单元结构图；

图3为本实用新型实施例中吸波器的单元结构侧视图；

图4为本实用新型实施例中吸波器的单元结构俯视图；

图5为本实用新型实施例中吸波器的吸收率随频率变化曲线图；

其中，1为金属衬底层、2为第一介质层、3为第一方形金属层、4为第二介质层、5为第二方形金属层、6为第三介质层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示为一种宽带太赫兹吸波器的三维结构示意图，该结构是由100 ×100个方形谐振器周期性排列构成的吸波器。

如图2所示为一种宽带太赫兹吸波器的单元结构图，从底部至上依次包括金属衬底层1、第一介质层2、第一方形金属层3、第二介质层4、第二方形金属层5、第三介质层6；第一方形金属层3和第二方形金属层5被第一介质层2、第二介质层4、第三介质层6包围着；金属层均采用金属铬，介质层均是SU-8 光刻胶。

如图3所示为一种太赫兹吸波器的单元结构侧视图，第一介质层2的厚度 h1为22微米，第二介质层4的厚度h2为22微米，第三介质层6的厚度h3为 20微米。

如图4所示一种太赫兹吸波器的单元结构俯视图，吸波器单元结构周期p 为101微米，第二方形金属层3的宽度w1为76微米，第二方形金属层5的宽度w2为41微米。

如图5所示为吸波器的吸收率随频率变化曲线图，根据图可知在1.5～3.5THz 范围内，90％以上的吸收的带宽为1.74THz，具有较宽的吸波带宽，其吸波原理是不同模式的法布里-珀罗谐振腔通过谐振腔的间隙与表面等离子体耦合产生宽带吸波的效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“里”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种宽带太赫兹吸波器，其特征在于：从底部至上依次包括金属衬底层(1)、第一介质层(2)、第一方形金属层(3)、第二介质层(4)、第二方形金属层(5)、第三介质层(6)；所述第一方形金属层(3)、第二方形金属层(5)通过几何中心对齐形成周期性排列的太赫兹吸波器。

2.根据权利要求1所述的一种宽带太赫兹吸波器，其特征在于：所述金属衬底层(1)、第一方形金属层(3)和第二方形金属层(5)均为铬金属，电导率为8×10⁶S/m；所述第一介质层(2)、第二介质层(4)和第三介质层(6)均为SU-8光刻胶，其介电常数为2.79-0.31i。

3.根据权利要求1所述的一种宽带太赫兹吸波器，其特征在于：吸波器单元结构周期为101微米；所述金属衬底层(1)、第一方形金属层(3)和第二方形金属层(5)的厚度均为110纳米；所述第一方形金属层(3)的宽度为76微米，第二方形金属层(5)的宽度为41微米；所述第一介质层(2)的厚度为22微米，第二介质层(4)的厚度为22微米，第三介质层(6)的厚度为20微米。

4.根据权利要求1所述的一种宽带太赫兹吸波器，其特征在于：吸波器结构工作波段为1.5～3.5THz，吸收率大于90％的吸收带宽为1.74THz。

Images