[发明专利]一种双频段超材料吸波器及折射率传感器

说明书

本发明提供一种双频段超材料吸波器，包括多个单元结构，多个单元结构以方阵形式周期性排列；单元结构包括金属平面基底、SiO₂圆柱体、单层MoS₂薄膜，金属平面基底上以方阵形式周期性设置多个SiO₂圆柱体，单层MoS₂薄膜覆盖于SiO₂圆柱体上。该双频段超材料吸波器在可见光范围内实现两个吸收带，最大吸收率高达99.9％。通过调整结构参数，可调节该双频段超材料吸波器吸收峰的频段。本发明还提供一种折射率传感器，广泛应用于检测环境变化的场合中，如检测湿度，化学品，压力等。并且该折射率传感器具有在可见光和近红外光谱范围中应用的巨大潜力，例如波长选择性光电探测器和等离子体传感器。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，具体涉及一种双频段超材料吸波器及折射率传感器。

背景技术

吸波材料是指能够有效吸收入射电磁波并使其散射衰减的一类材料，通过材料的各种不同的损耗机制，将入射电磁波转化成热能或者是其它能量形式而达到吸收电磁波目的。当前高速发展的新科技正引领着世界范围内的各行各类电气、电子设备向高频化、小型化趋势发展，高频电磁干扰问题必将越发突显，吸波材料必然有越来越广阔的应用空间。

近些年来，国际上尝试采用超材料来实现对信号的完美吸收。通过设计超材料内部亚波长的单元尺寸结构，可以获得独特的电磁响应组合，使得这种结构能够对目标探测频段的电磁波进行吸波。但是，现有的超材料吸波器通常具有复杂的结构，比如叠加的材料层数多、单元结构的形貌复杂多样等。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种单元结构简单的双频段超材料吸波器，可以通过调整单位结构的尺寸调节吸收峰的频段，并可应用于折射率传感器，具有很高的灵活性和实用价值。

具体的技术方案为：

一种双频段超材料吸波器，包括多个单元结构，多个单元结构以方阵形式周期性排列；每个所述的单元结构包括金属平面基底、SiO₂圆柱体、单层MoS₂薄膜，所述的金属平面基底上以方阵形式周期性设置多个SiO₂圆柱体，单层MoS₂薄膜覆盖于SiO₂圆柱体顶部上。

所述的金属平面基底以金为材料。所述的单层MoS₂薄膜厚度为0.615nm。

所述的SiO₂圆柱体高度、SiO₂圆柱体阵列周期、SiO₂圆柱体直径的参数均为可调，用来调节吸收峰的频段。

单层MoS₂是直接间隙半导体，其中电子容易被激发。由于其强烈受限的激子和自旋-轨道耦合，单层MoS₂在605nm和660nm处具有两个突出的吸收峰。本发明通过调节双频段超材料吸波器的结构参数和入射角，可以在很宽的范围内调节MoS₂吸收的峰值波长。

基于单层MoS₂薄膜结构的吸收光谱在可见光区域显示出两个完美的吸收峰，最大吸收率高达99.9％。MoS₂-SiO₂-Au结构可以认为是法布里-珀罗(F-P)空腔谐振器。高折射率介质谐振器的光腔谐振和金属-电介质界面处的等离子体相关的偶极谐振是形成高吸收率的主要机制。

该双频段超材料吸波器件对折射率的改变十分敏感，可作为折射率传感器，具有良好的传感性能。

因此本发明还提供一种折射率传感器，包括上述的双频段超材料吸波器。

该双频段超材料吸波器作为折射率传感器，可广泛应用于检测环境变化的场合中，如检测湿度，化学品，压力等。并且该折射率传感器具有在可见光和近红外光谱范围中应用的巨大潜力，例如波长选择性光电探测器和等离子体传感器。