[发明专利]一种可见-近红外波段的可调谐双频完美吸收器

说明书

本发明提供了一种可见‑近红外波段的可调谐双频完美吸收器。该吸收器包括金属基底层、介质纳米棒结构阵列层、金属‑介质‑金属核壳纳米棒结构阵列层。该吸收器在可见光波段的749纳米和近红外波段的1749纳米处出现了两个完美吸收峰，吸收均超过98％，且这两个完美吸收峰对入射光角度和偏振态的变化不敏感。该吸收器还具有高灵敏度的光学传感性能，对环境折射率变化检测的传感灵敏度高达783.705纳米/RIU，在性能上超越了传统的吸收器。

技术领域

本发明涉及光电材料和光子学等领域，涉及一种可见-近红外波段的可调谐双频完美吸收器。

背景技术

表面等离激元(Surface Plasmons，SPs)是由金属的表面自由电子在光的照射下所引起的集体振荡模式，可在金属表面形成极强的局域电磁场增强效应，从而导致各种新奇的光学现象，如Fano共振、增强光透射和局域电磁场增强效应等。

超材料是指人工设计和制造的周期性亚波长复合结构材料。近年来，基于金属表面等离激元而构建的超材料(Plasmonic Metamaterials)因其奇异的电磁响应特性，已成为物理学、材料学、电磁学及化学等学科研究的新兴领域之一。基于表面等离激元超材料的不同设备，如吸收器、超级透镜、隐身斗篷、天线和滤波器等，已被成功地设计、制作出来，并实现了相应功能的实际应用。

完美吸收器是一种基于表面等离激元超材料特性的一种电磁谐振吸收器，其概念最早出现在《Physical Review Letters》(Phys.Rev.Lett.,2008,100,207402)上。典型的完美吸收器主要由金属-介质-金属三层膜结构堆叠组成。不透光的金属基底可以有效阻止光的传输，使得光的透过率为0。通过合理的设计及调整器件结构单元的形状、尺寸、排列方式或选取不同的材料，可使得在某一波长范围内光的反射率(R)和光透射率(T)均趋近于0，从而可实现接近100％的吸光度(A＝1-R-T)，获得单频、多频或者宽带完美吸收。自2008年起，完美吸收器获得了国内外研究人员的广泛关注，开拓了各种波段如紫外波段、可见光波段、近红外波段等的电磁波完美吸收器。然而，这些超材料吸收器大多局限于用于太阳能捕获和转换的宽频带完美吸收，这在很大程度上限制了超材料吸收器的应用范围。

近年来，基于等离激元传感应用的窄带完美吸收器的研究越来越多，例如：Liu等制造了一种等离激元传感器，折射率灵敏度(S)为400纳米/RIU，且吸收达到了99％[NatureMaterials，10(12)：911-921，2011]；Cetin等提出了一种用于生物传感的壳/核等离激元结构，其折射率灵敏度(S)为648纳米/RIU[ACS Nano 6(11)：9989-9995，2012]。但基于表面等离激元完美吸收器大多工作频段单一、带宽较宽且工作频率固定。

综上所述，如何突破已有研究体系的局限实现双频窄带且可用于光学传感器的完美吸收器依然是当前研究的一个难题。因此，设计并实现具有可见-近红外光谱范围的可调谐双频窄带完美吸收响应的结构体系具有重要的现实意义和应用价值。

发明内容

为了克服单频带吸收的不足之处，解决偏振敏感等问题，本发明提供一种可见-近红外波段的可调谐双频完美吸收器。

本发明的一种可见-近红外波段的可调谐双频完美吸收器，包括：

金属基底层；

设置在所述的金属基底层上的介质纳米棒结构，所述的介质纳米棒结构由介质纳米棒组成，且形状为柱状；

设置在所述的介质纳米棒结构上的金属-介质-金属核壳纳米棒结构，所述的金属-介质-金属核壳纳米棒结构由第一金属纳米棒、介质纳米棒和第二金属纳米棒组成，且形状为柱状；其中，第一金属纳米棒位于中间，介质纳米棒环绕第一金属纳米棒设置，第二金属纳米棒环绕介质纳米棒设置。

优选的，所述的介质纳米棒结构的形状为圆柱状，其半径范围为78-82纳米，高度范围为30-50纳米。