[发明专利]多频带波长选择性装置

说明书

技术领域

本申请总体上涉及基于等离子体表面结构的波长选择性装置，更具体地涉及具有多个谐振的波长选择性装置。

背景技术

可以提供波长选择性表面以选择性地减少入射电磁辐射的反射。可以在签名管理应用中采用这样的表面以减少雷达回波。这些应用通常在电磁频谱的射频部分中使用。

在吉尔伯特的第6,538,596号美国专利中描述了在射频应用中使用布置在接地层上方的多个波长选择性表面。吉尔伯特依赖于提供虚拟连续四分之一波长效应的多个波长选择性表面。这样的四分之一波长效应导致结构表面上的场的消除。因此，虽然各个层可以以小于四分之一波长(例如，λ/12或λ/16)间距开，但吉尔伯特依赖于来自四个片中的三个的宏观(远场)谐振的叠加，使得所得到的结构厚度将在四分之一波长的数量级上。

在Puscasu等人的第7,956,793号美国专利中描述了使用导电表面元件来产生可调谐吸收结构/装置。Puscasu使用具有多个表面元件的单个传导层来产生与表面元件的尺寸相关的可调谐主谐振。效率较低的次谐振由多个表面元件的中心到中心间距来限定。Puscasu的谐振在电磁频谱的可见光和红外线部分产生。

发明内容

本发明人已经认识到并且理解到需要在电磁频谱的可见光部分和红外线部分中具有多个高吸收和/或反射谐振的波长选择性装置。本发明人还认识到并且理解到工程结构可以用作电磁辐射发射器和检测器。例如，根据一些实施方式的使用工程结构的发射器和检测器可以在电磁频谱的可见光部分和/或红外线部分中发射或检测。

因此，一些实施方式涉及包括包含多个层的波长选择性结构的可调谐电磁辐射装置。多个层包括包含多个表面元件的复合层、电隔离中间层和连续导电层。复合层包括至少一个金属层或类金属层以及至少一个电介质层，并且与电隔离中间层的第一表面接触。连续导电层与电隔离中间层的第二表面接触。波长选择性结构具有至少一个反射或吸收谐振频带。上覆层可以覆盖复合层的至少一部分。可调谐电磁辐射装置还包括与复合层、电隔离中间层、连续导电层和上覆层中的至少一个电接触的电极。此外，波长选择性结构包括材料性能响应于施加至可调谐电磁辐射装置的外部信号而变化的材料，并且其中，材料性能的变化对至少一个反射、吸收或发射谐振频带进行调谐。

一些实施方式涉及包括包含多个层的波长选择性结构的电磁辐射检测器。多个层包括包含多个表面元件的复合层、电隔离中间层和连续导电层。复合层包括至少一个金属层和至少一个电介质层，并且与电隔离中间层的第一表面接触。连续导电层与电隔离中间层的第二表面接触。上覆层可以覆盖复合层的至少一部分。波长选择性结构具有至少一个反射或吸收谐振频带。电磁辐射检测器还包括与复合层、电隔离中间层、连续导电层和上覆层中的至少一个电接触的电极。波长选择性结构包括材料性能响应于经由电极施加至检测器的外部信号而变化的材料，并且其中，材料性能的变化对至少一个吸收谐振频带进行调谐。该检测器被配置成检测至少一个吸收谐振频带中的电磁辐射。

一些实施方式涉及选择性地对入射电磁辐射进行反射的方法。该方法包括提供包含多个层的波长选择性结构，多个层包括包含多个表面元件的复合层、电隔离中间层和连续导电层。复合层包括至少一个金属层和至少一个电介质层，并且与电隔离中间层的第一表面接触。连续导电层与电隔离中间层的第二表面接触。波长选择性结构具有用于选择性地对入射可见光或红外线辐射进行反射或吸收的至少一个谐振频带。该方法还包括：在波长选择性结构处接收入射电磁辐射；对入射电磁辐射的在至少一个谐振吸收频带中的第一部分进行吸收；以及对入射电磁辐射的在至少一个谐振吸收频带以外的第二部分进行反射。

一些实施方式涉及发射电磁辐射的方法。该方法包括提供包含多个层的波长选择性装置。多个层包括包含多个表面元件的复合层、电隔离中间层、连续导电层以及与复合层、电隔离中间层和连续导电层中的至少一个电接触的电极。复合层包括至少一个金属层和至少一个电介质层，并且与电隔离中间层的第一表面接触。连续导电层与电隔离中间层的第二表面接触。波长选择性装置具有至少一个谐振发射频带，并且包括材料性能响应于经由电极施加至可调谐电磁辐射装置的外部信号而变化的材料。材料性能的变化对至少一个谐振发射频带进行调谐。该方法还包括对波长选择性装置进行加热，使得波长选择性装置在至少一个谐振发射频带中发射辐射。

附图说明