[发明专利]一种红外多波段极化不敏感超材料吸波器

说明书

本申请公开了一种红外多波段极化不敏感超材料吸波器，由多个基本单元在同一平面上沿横向及纵向二维周期排列而成；其中，每个基本单元包括三层，从上至下依次为贴片层、介质层和金属层。

技术领域

本申请涉及红外波段吸波材料技术领域，例如涉及一种红外多波段极化不敏感超材料吸波器。

背景技术

吸波材料在电磁屏蔽、探测及隐身材料等领域都得到了广泛应用。传统吸波材料包括铁氧体、金属铁粉、碳化硅、导电纤维等，具有吸收强的特点，但也存在吸波频带窄、密度大等缺点。近年来，基于超材料的新型吸波材料的相关研究引起了人们的广泛关注。这是因为超材料是一种由人工设计的复合材料，具有很强的结构依赖性，人们可以“量需定制”，通过改变超材料的结构来实现所需要的电磁特性。与传统的吸波材料相比，超材料吸波器具有吸收强、厚度薄、质量轻、电磁参数可设计等优点，具有更重要的应用前景。目前研究的超材料吸波器一般只在一个频段范围具有较好的吸收特性，并且往往针对某一种极化方式具有吸收特性，而另一种极化方式没有吸收，或吸收不一致。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种红外多波段极化不敏感超材料吸波器，由多个基本单元在同一平面上沿横向及纵向二维周期排列而成；其中，每个基本单元包括三层，从上至下依次为贴片层、介质层和金属层。

附图说明

图1A为本发明实施例的基本单元结构示意图；

图1B为本发明实施例的红外多波段极化不敏感超材料吸波器结构示意图；

图2为本发明实施例在x极化和y极化的平面波沿z轴正向入射时的吸收率示意图。

具体实施方式

为使本申请的技术方案和优点更加清楚明白，以下结合实施例，并参照附图，对本发明实施例进行详细说明。

本发明实施例提出一种红外多波段极化不敏感超材料吸波器，可以在近红外波段实现与偏振无关的多波段极化不敏感的吸波效果，且器件尺寸小，设计简单，易于加工。

所述吸波器是由多个基本单元在同一平面上沿横向及纵向二维周期排列而成。每个基本单元包括三层，从上至下依次为贴片层、介质层和金属层。所述贴片层由若干三角形、正方形和挖孔正方形的金属贴片对称排列而成，材料为金、银和铝等金属材料，厚度为0.1um～0.5um；介质层为有机高分子聚合薄膜材料，厚度在10um～100um之间；金属层的材料为金或银等，厚度大于其趋肤深度。

所述吸波器的制备方法举例如下：使用石英玻璃或硅等作为基底固定结构，总尺寸与吸波器的实际尺寸相同，厚度通常在300um～1mm之间。实际加工时，先在基底上镀上一层金属薄膜，然后采用化学或物理方法在其上形成介质层；在介质层上按照设计的贴片形状、数目和周期数，通过化学沉积的方法，形成金属贴片层。

工作在近红外波段时，所述吸波器的工作过程举例如下：

首先，创建xyz坐标系，吸波器在xy平面周期性排列，z轴垂直于吸波器表面。

当平面电磁波沿z轴垂直入射到吸波器表面时，由于超材料的谐振作用，在工作波段内吸波器表面与自由空间实现阻抗匹配，反射近乎为零。同时由于金属层底板的存在，传输为零，大部分波被消耗在结构内部，转化为热能或其他形式的能量，从而实现了吸收的效果。

所述吸波器能够在近红外波段实现对波的多波段的较宽带吸收，通过合理设置参数，在142～159THz、193～200THz及233～245THz三个波段内均可实现超过80％的吸波效果。

另外，由于使用对称设计，因此对x方向和y方向偏振的平面波都具有完全相同的吸波性能，在入射波极化方式改变时，无需更换器件，具有泛用性。

再有，由于采用周期性结构，因此在结构上简单紧凑，便于大规模集成。