[发明专利]一种单/双频段可调谐太赫兹波超材料吸收器

说明书

本发明涉及超材料及太赫兹波应用技术领域，提供了一种单/双频段可调谐太赫兹波超材料吸收器，目的是解决现有可调谐太赫兹波超材料吸收器频段单一，实现单频段和双频段吸收效果的任意切换。一种单/双频段可调谐太赫兹波超材料吸收器，包括上层图案化层、中间介质层和下层金属底板；所述上层图案化层由金属‑半导体硅谐振器周期平铺排列而成，所述金属‑半导体硅谐振器为方形环结构和十字形结构所组成的“田”字形结构，所述方形环结构四角和十字形结构顶端分别嵌入了半导体硅。本发明可实现双频段和单频段完美吸收效果的任意切换。

技术领域

本发明属于超材料及太赫兹波应用技术领域，具体涉及一种单/双频段可调谐太赫兹波超材料吸收器。

背景技术

太赫兹（THz）波通常是指频率在0.1THz至10THz之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波和红外光波之间，它具有穿透性强、使用安全性高、定向性好、宽带高等特性，从而可以广泛应用于安全监测、生物医药、航空航天、通信等领域。近年来，太赫兹电磁波谱技术的研究开创了一个新的科学和技术研究领域，需要新型的多功能太赫兹材料和器件，电磁超材料是构建高性能太赫兹器件的解决方案之一。目前，在太赫兹波段已经研制出了基于超材料的探测器、调制器和吸收器等新型器件，这些器件填补了太赫兹波段应用上的一些空白。

电磁超材料是一种有人工亚波长周期结构的材料。超材料能够通过合理的设计获得自然界中的材料所不具备的奇异电磁特性，例如完美透镜、负折射和完美吸收等。通过调整其单元结构的形状、尺寸、排列方式、电介质基板的厚度和材料属性可分别调节电响应和磁响应，使超材料的阻抗和自由空间中的阻抗匹配，实现超材料对电磁波的完美吸收。然而，一般超材料吸收器工作频段单一，工作频率固定，在样品制成后由于结构的参数不可变从而频段和吸收率不可变，这在很大程度上限制了超材料吸收器的应用范围。目前已经提出了一些可调谐超材料吸收器的设计方案，通过外部热、电、光等激发方式来控制超材料吸收器的谐振频率和吸收率。到目前为止，这些可调谐吸收器仅能实现一个频段向另一个频段的切换，因此如何实现多个频段之间的切换对超材料的应用非常重要，提出新型的结构简单、易于加工的多波段可调谐太赫兹超材料吸收器显得尤为迫切。本发明设计了一种结构简单、易于制作、可在单频段和双频段之间任意切换的超材料吸收器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何在不同光照强度下实现单频段和双频段吸收效果的任意切换。

本发明所采用的技术方案是：一种单/双频段可调谐太赫兹波超材料吸收器，包括上层图案化层（1）、中间介质层（2）和下层金属底板（3）；所述上层图案化层（1）由金属-半导体硅谐振器周期平铺排列而成，所述金属-半导体硅谐振器为方形环结构（4）和十字形结构（5）所组成的“田”字形结构，所述方形环结构（4）四角和十字形结构（5）顶端分别嵌入了半导体硅（6），在光照下，当半导体硅电导率小于等于1S/m时，方形环结构（4）和十字形结构（5）之间不导通，处于双频段完全吸收状态，当半导体硅电导率大于等于2×10⁵ S/m时，方形环结构（4）和十字形结构（5）之间完全导通，处于单频段完全吸收状态，当半导体硅电导率大于1S/m小于2×10⁵ S/m时，方形环结构（4）和十字形结构（5）之间处于不导通和完全导通的中间状态，实现双频段完全吸收状态和单频段完全吸收状态的切换，由于半导体硅电导率随光照强度增加而增加，该吸收器实现了不同光照强度条件下双频段完全吸收状态和单频段完全吸收状态的切换。

作为一种优选方式：所述方形环结构（4）和十字形结构（5）材料为金，所述方形环结构（4）和十字形结构（5）的厚度为0.35um～0.40um，所述方形环结构（4）的单根线长为74.5um～75.5um，所述方形环结构（4）的线宽为3.5um～4.5um，所述十字形结构（5）的单根线长为67.5um～68.5um，所述十字形结构（5）的线宽为6.5um～7.5um，所述半导体硅（6）的厚度为0.35um～0.40um，宽度与对应接口处方形环结构（4）或十字形结构（5）的线宽相同。