[发明专利]入射角与极化不敏感的太赫兹吸波器

说明书

本发明公开了一种入射角与极化不敏感的太赫兹吸波器，包括金属底板和呈对称以及阵列式排列在所述金属底板上的阵列单元，单个阵列单元包括一个陶瓷颗粒以及一个与所述陶瓷颗粒同心的谐振环。本发明提供的太赫兹波吸收器在1.8THz附近可达到对电磁波近100％的吸收，实现对该频段电磁波的完美吸收，在不同的极化角度情况下有着相同的吸收响应曲线，因而其有着极化不敏感性，当极化角度不断变化时，对电磁波的吸收性能不受影响，并且制备工艺简单，能够解决现有的太赫兹波段吸波材料结构复杂、制备困难、对极化敏感和入射角过窄等弊端。

技术领域

本公开涉及一种入射角与极化不敏感的太赫兹吸波器。

背景技术

太赫兹波是指频率范围在0.1-10THz之间的电磁波，介于微波和红外光之间的电磁波。微波是频率在300MHz-3000GH之间的电磁波，红外电磁波是指波长在0.76～1000μm之间的电磁波。目前各种吸波器的研究主要集中在人工金属周期结构上，例如SRR和金属线复合材料以及其衍生结构，利用金属线组成的电单元和SRR构成的磁单元。太赫兹波具备宽带性、低能性、瞬态性，使得太赫兹波多个领域受到了相当广泛的应用。除此之外，太赫兹在半导体制作、新型超导材料等相关领域也有重大的发展。太赫兹应用技术的实用化和商品化，除了太赫兹源和太赫兹探测器件外，还需要各种各样的太赫兹功能材料和器件。然而，这些功能材料和器件的研究至今尚不成熟，很多还无法满足实际应用的需求。因此具有实际应用意义的吸波材料有着非常广泛的市场。

介电常数和磁导率是电磁波在物质中传播的重要物理量，决定传播特性。目前主流的太赫兹吸波材料是通过人工电磁超材料来实现吸波的，它们通常是一种金属—介质—金属的三层结构，通过设计和优化超材料单元的尺寸、结构和排列方式，在特定频率下，使其阻抗与自由空间相匹配，从而达到吸收电磁波的效果。

高介电颗粒能够与入射电磁波相互作用产生介电极化，极化作用产生的位移电流在特定的频率下能够形成磁偶极子、电偶极子及更高谐振模态。介电常数和磁导率决定了电磁波在介质中的传播特性，电磁波的损耗包括电损耗和磁损耗，复介电常数的实部和虚部直接决定了电损耗的大小，同理，磁导率的实部和虚部能直接表现出磁损耗的强度。利用介质颗粒在谐振模态下产生的电磁谐振来调控结构单元的等效介电常数和等效磁导率，实现阻抗匹配。

目前常用的作为吸收电磁波的高介电材料是钛酸钡，大多采用参杂其他材料对其吸波性能进行改进，而钛酸钡的制备常采用高温固相和化学沉淀的方法，高温固相法制备的钛酸钡粉末含有少量的碳酸钡和二氧化钛等杂质，晶粒尺寸分布不均匀，化学共沉淀法制备的钛酸钡粉末存在较为严重的团聚现象，影响其吸波效果，而参杂其他材料会加大制作工艺的难度，因此这样的吸波材料会存在制作工艺复杂且功能单一的缺点。

传统的超材料太赫兹吸收器具有以下不足：(1)在吸波器的实际应用中，对偏振方向的敏感度也是非常重要的，吸波器对电磁波的入射角度和偏振方向敏感，当其角度与偏振方向剧烈变化时，会造成对其吸波性能的严重影响；(2)采用人工超材料和多层结构的超材料吸收器，工艺复杂，大面积制备更是难以实现。另外，为了提高器件带宽等目的而采取的措施，会进一步加大设计和加工器件的难度。由于超材料太赫兹吸收器件的这些不足，极大限制了吸波材料在太赫兹系统中的实际应用。

发明内容

本发明提供一种入射角与极化不敏感的太赫兹吸波器，解决现有的太赫兹波段吸波材料结构复杂、制备困难、对极化敏感和入射角过窄等弊端。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种入射角与极化不敏感的太赫兹吸波器，包括金属底板和呈对称以及阵列式排列在所述金属底板上的阵列单元，单个阵列单元包括一个陶瓷颗粒以及一个与所述陶瓷颗粒同心的谐振环，所述谐振环贴合所述金属底板的上表面，所述高介电陶瓷颗粒位于所述金属底板之上，不直接接触所述金属底板。

优选地，所述陶瓷颗粒材料为钛酸钙，所述谐振环的材料为钛酸锂，所述金属底板的材质为铝片或铜片。