[发明专利]一种双介质宽带红外吸波超材料及其设计方法

权利要求书

1.一种双介质宽带红外吸波超材料，其特征在于：由下至上依次包括TiN薄膜、第一介质材料薄膜、第二介质材料薄膜和金属光栅；

所述TiN薄膜的厚度大于红外波段电磁波在TiN中的趋肤深度；金属光栅的单元结构为金属方块，周期为5μm；金属方块的边长为1.6μm-2.1μm；金属光栅的厚度大于红外波段电磁波在金属中的趋肤深度；第一介质材料薄膜的相对介电常数大于5，厚度为400nm～700nm；第二介质材料薄膜的相对介电常数小于2.5，厚度为200nm-500nm；两种介质材料薄膜的总厚度小于1μm。

2.如权利要求1所述双介质宽带红外吸波超材料，其特征在于：所述金属光栅的材料为铝、铜、金或银。

3.如权利要求1所述双介质宽带红外吸波超材料，其设计方法具体如下：

步骤1、判断是否需要表面等离子体基元参与耦合；

如果吸收波段包括5μm-5.5μm，考虑表面等离子体基元的耦合，第一介质材料薄膜的厚度h₂小于500nm；如果吸收波段不包括5μm-5.5μm，排除表面等离子体基元的耦合，第一种介质材料薄膜的厚度h₂大于500nm；

步骤2、确定第一介质材料薄膜的相对介电常数ε₁；

限定第一介质材料薄膜的厚度为最大边界厚度，即h₂＝700nm；入射波长取吸收波段的中心波长，根据驻波激发波长λ≈4ε₁^1/2h₂，计算ε₁的最佳值；然后选择相对介电常数最接近ε₁最佳值的材料为第一介质材料，第二介质材料薄膜的相对介电常数在吸收波段小于2.5；

步骤3、确定金属方块边长l和第一介质材料薄膜的厚度h₂；

限定第二介质材料薄膜的厚度为中心厚度，即h₃＝350nm；在1.6μm-2.1μm范围内依次取l的值，根据步骤1的结果，针对每一个l的值在400nm-500nm或500nm-700nm范围内扫描第一介质材料薄膜的厚度h₂，观察吸收曲线中磁谐振与驻波的耦合效果，选取宽带吸收效果最好的一对l与h₂的值；

步骤4、确定第二介质材料薄膜的厚度h₃；

在200nm-500nm范围内扫描第二介质材料薄膜的厚度h₃，观察吸收曲线中磁谐振与驻波的耦合效果，选取宽带吸收效果最好的h₃的值。