[发明专利]红外多波长吸收器

说明书

所属领域

本发明涉及一种红外电磁波吸收器，尤其涉及一种基于双十字结构并具有偏振特性的红外多波长吸收器，属于红外电磁波吸收、探测的技术领域。

背景技术

红外吸收器是制作光电探测器、微型辐射热计、太阳能光伏热转换器以及热成像系统等器件的基础构件。传统的红外电磁波谐振吸收器利用多层结构实现，结构之间由四分之一波长介质层分开。应用这种谐振吸收器时，存在一些难以解决的问题。首先，吸收器的厚度要求至少达到四分之一波长，而且如果这些吸收层是串联的，为了展宽性能就要显著增加其厚度。其次，传统的吸收器不易控制特定的吸收谱特性，必须力求寻找能够天然与自由空间阻抗匹配的材料。

完美吸收超材料可以通过设计其结构形式和尺寸参数，调整其等效介电常数和磁导率，实现接近于100%电磁波完美吸收。2008年，Landy等人首次实验证实超材料在微波波段的完美吸收特性，随后的研究不断向短波方向发展。D.Yu.Shchegolkov等利用鱼网结构实现太赫兹波段大于90%的吸收率，并研究了入射角度和偏振方向对吸收率的影响。Li Huang从理论和实验方面研究了实现宽波段太赫兹吸收的方法，利用不同尺寸结构阵列的叠加，由于两组吸收效果的相互叠加，实现宽波段吸收。

Xianliang Liu在中红外波段，基于超材料结构实现了空间和频率的选择性窄带吸收。目前超材料的吸收结构包括十字阵列，矩形块阵列，金属环等，其谐振频率从微波波段到太赫兹波、红外波，并向可见光波段发展。

在选择性红外滤波器、多路检测阵列以及生物化学物质检测技术等应用中，要求吸收器具有多波长吸收的特性。目前，超材料吸收器通过使用两种不同尺寸的结构阵列叠加，每个尺寸阵列都有各自的谐振位置，二者吸收特性叠加实现双波长吸收。但是这种方式结构设计复杂，可重复性差。在红外吸收器应用于生物传感器时，偏振特性有助于提高检测的灵敏度，而现有的红外吸收器由于其特定的应用领域，多为偏振不敏感。

发明内容

本发明为了克服传统的谐振吸收器厚度大、吸收特性不易控制，以及现有超材料双波长吸收器结构偏振不敏感等缺点，本发明提出了一种易于控制厚度及吸收特性，且具有偏振特性的红外多波长吸收器。双十字阵列超材料单元结构尺寸对其有效光学参数具有调谐作用。当材料表面与入射介质之间满足阻抗匹配条件，可以使反射率为零；等效折射率系数虚部值足够大，底层金属厚度大于电磁波的穿透深度，可以使透射率为零；满足这两个条件就可以得到最优的吸收效果。本发明的多波长吸收特性有两个来源：首先是同一偏振方向电磁波入射时，不同波长不同阶次的谐振引起的多波长吸收；其次是不同偏振方向电磁波入射时引入的多波长吸收。

参阅附图1，附图2和附图3，本发明的技术方案是：一种红外多波长吸收器，依次包括基底Ⅰ1、结构层Ⅰ2、电介质层4和结构层Ⅱ6，为了加强结构层Ⅰ2、结构层Ⅱ6与电介质层4之间的粘附性，在结构层Ⅰ2、结构层Ⅱ6与电介质层之间添加粘附层Ⅰ3、粘附层Ⅱ5。其中，结构层Ⅱ6由双十字结构阵列组成，双十字结构的形式是由两个十字结构拼接而成，x、y向阵列角度均为90°，x、y方向的周期均在波长量级。

本发明有益效果是：利用单个尺寸结构阵列实现红外波段的多波长吸收，结构形式简单，厚度小，吸收特性容易控制；本发明的红外多波长吸收器具有偏振特性，用于生物传感器时可以提高检测的灵敏度。

附图说明：

图1为本发明提出的红外吸收器的结构示意图；

图2为红外吸收器的横截面示意图；

图3为红外吸收器的横截面示意图；

图4为实施例1中Ex、Ey两个偏振方向入射时的吸收特性；

图5为实施例2中Ex、Ey两个偏振方向入射时的吸收特性；

图6为实施例3中Ex、Ey两个偏振方向入射时的吸收特性；

图7为实施例4中Ex、Ey两个偏振方向入射时的吸收特性；

图8为实施例5中Ex、Ey两个偏振方向入射时的吸收特性；

图9为实施例6中Ex、Ey两个偏振方向入射时的吸收特性；

图10为实施例7中Ex、Ey两个偏振方向入射时的吸收特性；

图中：1-基底，2-结构层Ⅰ，3-粘附层Ⅰ，4-电介质层，5-粘附层Ⅱ，6-结构层Ⅱ。

具体实施方法

实施例1：