[发明专利]宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体及其参数确定方法

说明书

本发明提出一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体及其参数确定方法，主要解决吸波曲线带宽窄、吸波效果不稳定问题，由多开口谐振单元周期排列构成，每个谐振单元包括介质基底(1)、两个人工金属贴片(2)和(3)，该两个金属贴片对称分布于介质基底两侧，分别采用结构相同的方环(21)和(31)，每个方环四臂上开有四个长度不等的矩形开口，将其分为四个L型贴片，这两个方环对应的L型贴片长度两两相同，摆向两两相同。两个极化相同的相干波(4)和(5)，分别从吸波体的左右两侧入射到相干完美吸波体，从其左右两侧输出出射波(6)和(7)。本发明提高了吸波曲线带宽，吸波效果稳定，可用于片上光伏、量热检测器、调制器及光开关。

技术领域

本发明属于人工电磁材料技术领域，具体涉及一种相干完美吸波体，可用于片上光伏、量热检测器、传感器、换能器、调制器及光开关。

背景技术

相干完美吸收是光干涉与光损耗的相互作用，当相干波同时激励于相干完美吸波体时，一侧的反射波将与另一侧的透射波干涉相消，使得观察方向上的出射波强度近似为0。相对于单端口的完美吸收装置，双端口或多端口的相干完美吸收装置拓展了入射波的范围和形式，具有更高的可调性，因此具有更广泛的应用前景。比如，可被用作片上光伏，量热检测器，传感器，也可被用作换能器，调制器或光开关。

申请号为“201410246834.0”，名称为“一种基于相干控制的动态可调节吸收器”的发明，利用非对称双开口谐振圆环实现了频率可调的相干完美吸波体：当两入射波垂直激励，相位差为0°时，相干吸收率在5.37GHz处达到98.84％，相位差为180°时，相干吸收率分别在4.95GHz和5.84GHz处达到97.53％和90.50％，即通过调节相干激励间的相位差，可实现对相干完美吸收频率的调控。在此基础上，申请号为“201710454829.2”，名称为“一种偏振可控的多频段超材料吸收器件”的发明实现了一种偏振可控的相干完美吸波体，当两入射波垂直激励，可通过调节相干激励的相位差和极化方式，实现对相干完美吸波体工作频率的调节。

上述发明均为电磁波垂直入射的情况，其相干吸收峰均为窄带，且由于其结构均为双开口谐振圆环，因而对于TE极化波和TM极化波的吸波频率不同，导致吸波体的吸收效果不稳定。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体及其参数确定方法，以实现极化不敏感的相干完美吸收，提高吸波体的吸收稳定性，并分别针对TE极化波和TM极化波，给出上述吸波体的反射系数、透射系数和相干完美吸收方程，由此计算出吸波体的工作频率和相干吸收率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

1.一种宽频宽角域极化不敏感相干完美吸波体，由周期排列的谐振单元构成，每个谐振单元包括介质基底1、两个人工金属贴片2和3，该两个金属贴片2和3对称分布于介质基底1两侧，其特征在于：所述两个人工金属贴片采用结构相同的方环21和31，每个方环的四臂上各设有开口，将其分为4个不同大小和不同摆向的L型贴片，以提高吸波曲线的带宽，降低吸波极化敏感性。

进一步，第一个方环21的四臂开口所形成的4个L型贴片211、212、213和214的长度各不同，摆向各不同；第二个方环31的四臂开口所形成的4个L型贴片311、312、313和314的长度各不同，摆向各不同；这两个方环对应的L型贴片长度两两相同，摆向两两相同。

进一步，两个方环21和31的边长均为29～31微米，对应L型贴片的长度如下：

第一个方环21中的第一L型贴片211与第二个方环31中的第一L型贴片311的长度均为29.25～29.35微米；

第一个方环21中的第二L型贴片212与第二个方环31中的第二L型贴片312的长度均为20.975～21.525微米；

第一个方环21中的第三L型贴片213与第二个方环31中的第三L型贴片313的长度均为19.775～20.325微米；