【技術實現步驟摘要】
本專利技術主要涉及光學超材料，尤其是一種中遠紅外寬帶超材料吸收器及其設計方法。
技術介紹
1、超材料作為一種人工合成材料，通過人為設計和調控其微結構，可以實現自然界材料難以具備的特殊電磁特性。自從超材料概念提出以來，它在光學、通信、感測等多個領域引起了廣泛關注，尤其是在電磁波吸收技術中的應用備受矚目。超材料吸收器作為這一領域的重要分支，通過對入射電磁波的精確操控，能夠在比傳統吸收器更小的厚度下實現對電磁波的完美吸收，并廣泛應用于紅外探測、熱發射器、光學成像和傳感器等領域。
2、超材料吸收器的設計通?；谔囟ǖ墓舱衲Ｊ?，這種模式可以在特定的頻率下實現極高的吸收效率。然而，單一模式的共振特性意味著它在其他頻率上的吸收效率會顯著下降，這導致了吸收器無法在較寬的波段內保持高效的吸收性能。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的技術問題，本專利技術提出一種中遠紅外寬帶超材料吸收器及其設計方法。
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、一方面，本專利技術提供一種中遠紅外寬帶超材料吸收器，包括呈周期陣列排布的超材料吸收單元；
4、所述超材料吸收單元整體呈正方形，由上至下依次包含頂層金屬層、介電層和底層金屬層；
5、頂層金屬層附著在介電層的上表面，由8個金屬片按照一定的排列方式排布而成，分別為：
6、一個圓形金屬片，位于設置在介電層上表面的中心位置，其圓心與第一介電層上表面的中心對齊；
7、所述圓形金
8、四個相同尺寸金屬方片分別設置在介電層上表面的四角位置。
9、進一步地，所述頂層金屬層中的各金屬片的厚度相同，即為頂層金屬層的厚度。
10、進一步地，底層金屬層是一塊貼附在介電層底面的金屬板，底層金屬層的厚度大于頂層金屬層的厚度。
11、進一步地，所述頂層金屬層、底層金屬層采用的金屬材質為具有高損耗性的金屬鈦。
12、進一步地，所述介電層為復合介電層，由上至下包括第一介電層和第二介電層，第一介電層是si層，第二介電層為si3n4層，si3n4和si都是有耗介質。
13、進一步地，所述第一介電層的厚度小于第二介電層的厚度。
14、另一方面，本專利技術提供一種上述中遠紅外寬帶超材料吸收器的設計方法，包括：
15、確定目標波段；
16、確定優化結構參數，包括：頂層金屬層中圓形金屬片的半徑，由內至外三個圓環形金屬片的半徑、、以及寬度、、，圓形金屬片與最內層的圓環形金屬片之間、由內至外的相鄰層圓環形金屬片之間的間距、、，金屬方片的寬度，超材料吸收單元周期長度；介電層為復合介電層，由上至下包括第一介電層和第二介電層，頂層金屬層、第一介電層、第二介電層、底層金屬層的厚度、、、；
17、確定頂層金屬層、底層金屬層采用的金屬材質為具有高損耗性的金屬鈦；
18、確定第一介電層、第二介電層的材質：第一介電層是si層，第二介電層為si3n4層；
19、初始化中遠紅外寬帶超材料吸收器的結構參數，利用時域有限差分法對中遠紅外寬帶超材料吸收器進行仿真模擬，分析不同結構參數對目標波段吸收率的影響；通過對比不同結構參數設計下的吸收率曲線，驗證設計的吸收性能，并優化結構參數以實現最佳吸收效果。
20、相比現有技術，本專利技術的技術效果：
21、本專利技術提供一種中遠紅外寬帶超材料吸收器，是基于類金屬-介質-金屬結構的中遠紅外波段寬帶吸收器的設計。該吸收器采用高損耗金屬與復合介質層的四層結構，通過優化頂層金屬圖案設計和選擇電磁高損耗材料，實現了在中遠紅外波段的寬帶高效吸收。該專利技術具有結構簡單、制造工藝易于實現的特點，適用于紅外探測器、光學濾波器、熱發射器、成像設備及傳感器等多種光學系統，廣泛應用于軍事、科技及民用領域。
22、與傳統的電磁吸收結構相比，超材料吸收器通常采用金屬-介質-金屬三層結構，該結構在吸波性能上表現出優異的特性。具體而言，本專利技術設計了一種頂層金屬層圖案結構，具體地由8個金屬片按照一定的排列方式排布而成，分別為：一個圓形金屬片，位于設置在介電層上表面的中心位置，其圓心與第一介電層上表面的中心對齊；所述圓形金屬片外圍圍繞有三個與圓形金屬片同圓心的圓環形金屬片，圓形金屬片與最內層的圓環形金屬片之間、由內至外的相鄰層圓環形金屬片之間具有間距；四個相同尺寸金屬方片分別設置在介電層上表面的四角位置。本專利技術的頂層金屬層圖案設計能夠激發表面等離激元諧振，通過對結構參數的調節設計，可以在多個頻率上激發不同的表面等離激元共振模式。這些模式相互耦合，形成多個吸收峰，從而有效拓寬吸收帶寬，能夠在特定頻段實現對入射電磁波的強吸收。
23、進一步地，所述介電層為復合介電層，由上至下包括第一介電層和第二介電層，第一介電層是si層，第二介電層為si3n4層，si3n4和si都是有耗介質。如此，介電層作為諧振腔，能夠有效增強電磁波的局部化效應。底層金屬層則作為反射層，阻止電磁波透過，從而實現吸收器對入射光的高效吸收。
24、仿真結果表明：頂層金屬層、底層金屬層與介電層均采用高損耗性材料，再結合特殊的頂層金屬圖案設計，同時激發了傳播型表面等離激元和局域性表面等離激元，從而在保證高吸收率的同時，形成大吸收寬帶。該吸收器在16.3-29.3μm的中遠紅外波段內具有顯著的吸收效果，平均吸收率達到95%；在15-35μm波段內，平均吸收率達到90%。
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1.一種中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，包括呈周期陣列排布的超材料吸收單元；
2.根據權利要求1所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，所述頂層金屬層中的各金屬片的厚度相同，即為頂層金屬層的厚度。
3.根據權利要求2所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，底層金屬層是一塊貼附在介電層底面的金屬板，底層金屬層的厚度大于頂層金屬層的厚度。
4.根據權利要求1或2或3所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，所述頂層金屬層、底層金屬層采用的金屬材質為具有高損耗性的金屬鈦。
5.根據權利要求4所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，所述介電層為復合介電層，由上至下包括第一介電層和第二介電層。
6.根據權利要求5所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，第一介電層是Si層，第二介電層為Si3N4層。
7.根據權利要求5或6所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，所述第一介電層的厚度小于第二介電層的厚度。
8.如權利要求1所述中遠紅外寬帶超材料吸收器的設計方法，其特征在于，包括：p>...
【技術特征摘要】
1.一種中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，包括呈周期陣列排布的超材料吸收單元；
2.根據權利要求1所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，所述頂層金屬層中的各金屬片的厚度相同，即為頂層金屬層的厚度。
3.根據權利要求2所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，底層金屬層是一塊貼附在介電層底面的金屬板，底層金屬層的厚度大于頂層金屬層的厚度。
4.根據權利要求1或2或3所述的中遠紅外寬帶超材料吸收器，其特征在于，所述頂層金屬層、底層金屬層采用的金屬材...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張悅豪，董曉紅，鄭黎明，馬奉獻，張馨文，劉晨陽，
申請(專利權)人：河北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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