[发明专利]一种基于相干控制的动态可调谐吸收器

说明书

技术领域

本发明属于电磁波和新型人工电磁材料领域，具体涉及一种用于电磁波完美吸收的基于相干控制的动态可调谐吸收器。

背景技术

吸波技术主要是利用吸波材料有效吸收入射电磁波并使其散射衰减的一类材料，它通过材料的各种不同的损耗机制将入射电磁波转化成热能或者是其它能量形式而达到吸收电磁波目的，其中，完美吸收器广泛应用于光探测器、频谱成像和测辐射热仪等领域。新型人工电磁材料的出现，丰富了电磁领域的研究内容，也为实现多种新型微波器件、微纳器件提供了机遇。

新型人工电磁材料是利用自然界的常规材料人工设计的复合媒质，其结构单元的尺度在亚波长量级，可以实现天然材料所没有的电磁特性，如负折射、完美透镜、隐身斗篷等。新型人工电磁材料极大地丰富了电磁领域的研究内容，实现多种功能性器件，如完美吸收器、偏振器、滤波器和调制器等。基于新型人工电磁材料的吸收器由于结构超薄，能够实现对入射电磁波的完美吸收而引起了研究人员的广泛关注。2008年，美国研究人员N.I.Landy提出了基于新型人工电磁材料的完美吸收器的概念，利用三层结构，通过合理地设计结构参数，使该结构对特定频率的电磁波既不产生反射也不产生透射，实现了单一频率电磁波的完美吸收。此后，研究人员设计了多种不同结构的完美吸收器，研究频段从微波段扩展到THz频段、近红外频段、可见光频段。基于新型人工电磁材料的光波段吸收器，厚度约为谐振波长的1/15，实验上实现了88％的吸收率。Tao等设计了THz频段的超材料吸收器，在1.3THz处吸收率约为70％。目前，越来越多的研究工作集中于多频与宽频超材料吸收器。Zhang提出了一种基于电谐振环结构的THz频段双频吸收器，其在0.45THz与0.92THz具有高吸收率。Shen设计一种基于开口谐振环结构的三频吸收器，可在4.06GHz，6.73GHz和9.22GHz分别实现99％，93％和95％的高吸收率。Cummer利用多层谐振环的组合结构实现了相对带宽为6.1％的宽频吸收器。

以上所述的基于新型人工电磁材料的完美吸收器，都无法实现吸收率的动态调控，且具有固定的工作频率，无法实现工作频率的切换。基于相干控制的电磁波完美吸收结构是利用新型人工电磁材料的谐振特性，通过调节单元和相干波的参数来实现对电磁波的零反射和零透射，从而实现对特定频率电磁波的选择性吸收，并且可以动态控制电磁波的吸收率。利用相干特性的可调谐吸收器相比于传统材料，制作简单、操作方便、成本大幅降低，能够动态控制吸收率与切换工作频率，具有很大的潜在应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种传统材料，制作简单、操作方便、成本大幅基于相干控制的动态可调谐吸收器。

本发明的目的是这样实现的：

基于相干控制的动态可调谐吸收器，由介质层和人工电磁材料层组成，人工电磁材料层位于介质层的两侧，分别刻蚀在介质层的基底上，为人工电磁材料为周期或非周期排列的非对称开口环结构单元，非对称开口环结构由两个长度不等的金属线或弧构成，非对称开口环结构包含2段不等长的金属线或弧。

非对称开口环结构厚度为微米或者百纳米量级，单元结构为金属材料；介质层的基底的材料为PCB材料、半导体材料、玻璃，厚度为毫米或者百微米量级。

基底厚度为1.6毫米，材料是PCB，介电常数ε＝4.05-0.05i，每个人工电磁材料单元的尺寸为15毫米×15毫米，金属弧的材料是铜，金属弧对应的角度为α＝140度和β＝160度，内径r＝5.6毫米，外径R＝6.4毫米，厚度t＝35微米。

本发明的有益效果在于：

本发明制作简单，加工方便。利用成熟的PCB加工技术或者微纳加工技术可以完成对本发明的加工。传统的吸波材料需要复杂的工序，并且价格昂贵。本发明具有选择性吸收特性，此结构可以实现对特定频率的电磁波的选择性吸收，在雷达隐身、成像以及测辐射仪等领域均有更加广阔的应用前景。本发明操作简单，通过调节控制波的相位、新型人工电磁材料的结构、尺寸参数和材料属性，就能够调节吸收器的吸收频带，实现对特定频率的电磁波的选择性吸收。本发明同时具有便携、重量轻、容易集成等优点，较传统的吸波材料，本发明仅为单层，厚度小、重量轻、易于共形。

附图说明

图1是基于相干控制的动态可调谐吸收器的基本结构单元的示意图。

图2是基于相干控制的动态可调谐吸收器的基本结构单元前后视图。

图3是基于相干控制的动态可调谐吸收器的工作原理图。