[发明专利]一种基于超材料的双波段太赫兹增透膜结构

说明书

本发明公开了一种基于超材料的双波段太赫兹增透膜结构，自底向上依次包括硅基底层、聚合物介质层、金属谐振器层；金属谐振器包括2个，分别为第一金属谐振器、第二金属谐振器，所述第一金属谐振器、第二金属谐振器位于同一层，并且两者组成特定结构和尺寸实现双波段太赫兹的增透。本发明在0‑2THz范围内有两个高透射率频段，实现在两个频点处的超高透射，透射率均高可达95％以上，透射率在90％以上的带宽分别可达0.2至0.4THz和0.1至0.2THz。本发明利用两个不同大小金属谐振器谐振频率的不同实现双波段高透射率增透，与以往的单一金属谐振器在单一波段实现超高透射率相比增透范围更广泛，具有更广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及太赫兹增透膜技术领域，尤其涉及一种基于超材料的双波段太赫兹增透膜结构。

背景技术

近年来，随着太赫兹辐射产生和探测技术的发展，对太赫兹功能器件的需求逐步增多，深入研究太赫兹功能器件，实现对太赫兹波的有效控制，已成为当今国际太赫兹学术界公认的前沿性基础研究方向。太赫兹波段抗反射是一个重要的研究领域，虽然在太赫兹频率上开发抗反射薄膜已经有很多努力，但现有方法在带宽和结构复杂性方面遇到问题。其中包括通过光学研磨，聚合物涂层的四分之一波抗反射和表面浮雕结构以及具有非常精确控制厚度的薄金属薄膜。但是这些方法都受到严重的限制。例如，衬底表面不够平坦或光滑，表面浮雕结构还需要特殊的制造工艺，使抗反射薄膜在许多光子器件中的应用受到限制。

2010年，chen等提出的基于金属聚合物的超材料结构，能于1.2Thz处实现反射率低至0.32％的增透效果。该超材料采用平面结构，制作简单，可通过调节聚合物的厚度来控制反射率。但是，此结构只可以实现单一频率的超低反射。而在实际应用中，往往存在多波段同时要求高透射的情况。

发明内容

针对上述现状，本发明提出一种基于超材料双波段太赫兹增透膜结构，在0-2THz范围内有两个高透射率频段，实现在两个频点处的超高透射，透射率最高可达95％以上，透射率在90％以上的带宽分别可达0.2至0.4THz和0.1至0.2THz。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

基于超材料的双波段太赫兹增透膜结构包括三层结构：硅基底层、聚酰亚胺介质层、金属谐振器层，所述金属谐振器包括2个，分别为第一金属谐振器、第二金属谐振器，聚酰亚胺介质层附在硅基底层上方，聚酰亚胺介质层上方分别为第一金属谐振器、第二金属谐振器，第一金属谐振器、第二金属谐振器位于同一层。

进一步，所述第一金属谐振器由上下两条水平的长方形金属以及一条竖直长方形金属组成“直角C形”或“工字形”结构。水平金属结构长度为10到15μm，宽度为4μm，竖直金属结构长度为30到35μm，宽度为4μm。金属材料为金，厚度为0.2μm，电导率σ_gold＝4.561×10⁷S·m^-1。

进一步，所述第二金属谐振器由上下两条水平的长方形金属以及一条竖直长方形金属组成“直角C形”或“工字形”结构。水平金属结构长度为10到15μm，宽度为4μm，竖直金属结构长度为15到20μm，宽度为4μm。金属材料为金，厚度为0.2μm，电导率σ_gold＝4.561×10⁷S·m^-1。

进一步，在“直角C形”结构中，第一金属谐振器和第二金属谐振器在水平方向的距离为32μm。第一金属谐振器的上边界距离聚合物介质层的上边界的长度为4.5μm，第一金属谐振器的下边界距离聚合物介质层的下边界的长度为4.5μm。第二金属谐振器的上边界距离聚合物介质层的上边界的长度为11μm，第二金属谐振器的下边界距离聚合物介质层的下边界的长度为11μm。第一金属谐振器的左边界距离聚合物介质层的左边界的长度为21μm，第二金属谐振器的右边界距离聚合物介质层的右边界的长度为11μm。