[发明专利]一种太赫兹波段宽带极化不敏感超材料

说明书

本发明公开了一种太赫兹波段宽带极化不敏感超材料，包括金属薄膜反射层、中间介质层和图形化材料层，所述的中间介质层位于金属薄膜反射层和图形化材料层之间；所述的图形化材料层由金属圆片堆叠结构排列而成，所述的金属圆片堆叠结构从下至上依次堆叠有第一复合圆片、第一介质、第二复合圆片、第二介质和第三复合圆片，每层复合圆片半径从下往上依次减少，且第一介质与第二复合圆片的半径相同、第二介质与第三复合圆片的半径相同；每个复合圆片响应一个吸收峰。本发明解决现有的太赫兹波段吸波材料结构复杂、制作困难的等方面的不足，同时利用圆片状的图形规避了超材料制备中拐角不易成形的弊端。

技术领域

本发明涉及电磁通讯领域，尤其涉及一种太赫兹波段宽带极化不敏感超材料。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，太赫兹又称远红外、亚毫米波、超微波等。太赫兹波两侧的红外波段和微波波段发展相对比较成熟，对太赫兹波段的认识和研究仍然非常有限。

太赫兹科学的发展需要很多电磁功能器件，例如THz波源、透镜、开关、调制器、传感器、相移器和聚束器件等，然而自然界能操控太赫兹波的材料昂贵而稀少，造成太赫兹的发展受限。

太赫兹波有很多优点：(1)瞬态性：宽频太赫兹波的典型脉宽在亚皮秒量级，因此可以用于亚皮秒、飞秒量级的高分辨率研究，特别是研究半导体载流子的变化。(2)宽带性：其频带覆盖了从0.1THz至10THz的范围，该波段包含了大多数分子的转动和振动能级，许多重要的有机分子对太赫兹频率显示出极强的吸收和色散特性，同时，半导体材料的等离子体频率也在该波段，这些频谱特性决定了太赫兹波必将在生物、化学、半导体等领域大展身手。(3)相干性：太赫兹波的激发是由相干电流驱动的偶极子振荡产生或者是由相干的激光脉冲通过非线性光学差频产生，具有很高的时间和空间相干性。现有的太赫兹时域光谱技术可以直接测量振荡电磁场的振幅和相位，这一特点在研究材料的瞬态相干动力学问题时具有极大的优势。(4)低能性：频率为1THz的电磁波的光子能量大约只有4meV，约为X射线光子能量的兆分之一，因此不会对测量样本产生电离作用，这不仅有利于对生物组织进行活体检查，而且对无害的安全检查具有突破性意义。

“超材料”通常指一种拥有最初的组成部分所不具备的属性和特征的符合材料，其具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；性质往往不主要决定与构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。另外，半导体的等离子体频率多落在太赫兹波段，对研究生物大分子的结构、分子间的反应、分子与环境的相互作用等具有独特的优势。

超材料的研究对于太赫兹科学十分重要。太赫兹科学的发展尚需很多电磁功能器件，例如THz波源、透镜、开关、调制器、传感器、相移器和聚束器件等，然而自然界能操控太赫兹波的材料昂贵而稀少，而超材料功能器件有望满足太赫兹发展的需求。在太赫兹波段，通过合理的人为设计，基于超材料吸收结构的太赫兹探测器件可以对太赫兹辐射产生良好的吸收，有效地弥补了传统红外测辐射热计、热释电等热电探测器在太赫兹波段吸收不佳的劣势。

自2008年Landy提出完美吸收器模型后，超材料吸收器的设计的结构一般为：一层金属薄膜层，一层介质层，一层金属图形层。

具有宽带吸收特性的超材料可以应用在隐身斗篷、大气环境监测、毒品监测、医学成像、基因检查等领域。

现在的吸波超材料多采用环状或带拐角的开口谐振环，线条宽度窄，并且为达到极化不敏感或宽带吸收会造成结构复杂，制作困难的结果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种太赫兹波段宽带极化不敏感超材料，解决现有的太赫兹波段吸波材料结构复杂、制作困难的等方面的不足，同时利用圆片状的图形规避了超材料制备中拐角不易成形的弊端。