[发明专利]基于介质调制的中红外多频段及宽频带周期性吸波结构

说明书

技术领域

本发明属于功能材料与器件技术领域，应用于中红外发射率调制，中红外热辐射探测伪装，中红外多频谱点阵成像等多个领域。

背景技术

周期性完美吸波结构体(Perfect absorber)是近年来从电磁超材料(Electromagnetic metamaterial)衍生出的一种新型电磁结构器件。这种吸波结构体利用超材料的谐振特性：金属阵列单元会与入射电场产生电谐振，而上下平行的两层金属间感应出反向平行的电流，导致与入射磁场产生磁谐振，从而使得电磁波被有效地局域在结构单元中。根据等效煤质理论，其电磁特性可以通过有效介电常数[ε(ω)]和有效磁导率[μ(ω)]表示。通过对电谐振和磁谐振的合理调制，可以使得该结构与空间阻抗匹配：从而入射电磁波在谐振点的反射为零，同时由于底层金属阻止了入射波的透过，因此，可以形成一个近乎100%吸收效果的吸收峰。这种吸波结构体具有吸收效率高，电磁谐振特性可调，对入射角度、极化方向不敏感等诸多优点。然而由于这种吸收效果是基于周期性完美吸波结构体的电磁谐振特性产生，因此吸收频带窄、频段单一是其固有的缺陷。但是在诸多应用领域中，如热辐射调制器，多频谱点阵成像，红外热辐射探测伪装等，迫切需要一种具有多频段或宽频带吸收效果的周期性完美吸波结构体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工作在中红外波段的多频带及宽频段周期性吸波结构，能够实现双波段、三波段及更多波段的多波段吸收。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，基于介质调制的中红外多频段及宽频带周期性吸波结构，其特征在于，包括连续的底层金属薄膜和设置于底层金属薄膜上的圆形吸波单元阵列，各吸波单元尺寸相同，所述吸波单元包括至少两层介质层，且各层介质的介电常数相异，相邻介质层之间为金属层，最上一层介质层的上面设置有金属层。

所述金属薄膜和金属层的材质为Al。所述吸波单元自底层向上依次为：材质为MgF₂的第一介质层、材质为Al的第一金属层、材质为ZnS的第二介质层、材质为Al的第二金属层。每个吸波单元的直径1.9μm；以圆心距计，吸波单元阵列的行距、列距皆为2.7μm，每个介质层厚度皆为0.08μm，每个金属层厚度皆为0.05μm，底层金属薄膜厚度为100nm。

或者，所述吸波单元自底层向上依次为：材质为MgF₂的第一介质层、材质为Al的第一金属层、材质为PbF₂的第二介质层、材质为Al的第二金属层、材质为ZnS的第三介质层、材质为Al的第三金属层。每个吸波单元的直径1.9μm；以圆心距计，吸波单元阵列的行距、列距皆为2.7μm，每个介质层厚度皆为0.08μm，每个金属层厚度皆为0.05μm，底层金属薄膜厚度为100nm。

或者，所述吸波单元自底层向上依次为：材质为MgF₂的第一介质层、材质为Al的第一金属层、材质为PbF₂的第二介质层、材质为Al的第二金属层、材质为Al₂O₃的第三介质层、材质为Al的第三金属层。每个吸波单元的直径1.9μm；以圆心距计，吸波单元阵列的行距、列距皆为2.7μm，第一介质层厚度为0.06μm，第二介质层和第三介质层厚度皆为0.08μm，每个金属层厚度皆为0.05μm，底层金属薄膜厚度为100nm。

所述介质层材料为Al₂O₃、Y₂O₃、MgF₂、PbF₂、ZnS、ZnSe、Ge或Si，且各介质层材料相异。

本发明具有如下突出的优点：

①通过多层结构叠加的形式可以灵活实现双波段、三波段及更多波段的多波段吸收结构，或者宽频带吸收结构，且吸波性能优异；

②结构简单，厚度薄，体积轻，可实现与其他器件的良好兼容；

③制备工艺简单、易于实现，可获得大面积的吸波结构器件。

附图说明

图1为所发明的周期性吸波结构的基本单元结构图：（a）周期性单元结构正面示意图及基本结构参数，（b）双波段吸波结构侧面示意图，（c）三波段吸波结构侧面示意图，（d）宽频带吸波结构侧面示意图。

图2为所发明的周期性吸波结构的正面周期性排布结构示意图。

图3为所发明的周期性吸波结构MA-1的吸收率曲线图。