[发明专利]一种基于二氧化钒的宽带可调谐太赫兹吸收体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于二氧化钒的宽带可调谐太赫兹吸收体及其制备方法。所述的太赫兹吸收体单元横截面为正方形，自下而上依次由基底层，复合结构层，介质层，金属结构层组成。所述的复合结构层是由嵌入相变材料方框结构的介质层组成，所述的金属结构层是由金属方框和金属块嵌套而成。本发明利用谐振结构在纵向上的空间叠加，实现了对太赫兹波的宽带吸收，通过温度、光照等外部激励可以改变复合结构层中相变材料的电导率，完成对太赫兹波吸收效率的调制。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种基于二氧化钒的宽带可调谐太赫兹吸收体及其制备方法。

背景技术

太赫兹波是指位于微波与红外之间，频率范围在0.1THz-10THz的电磁波。由于太赫兹波处于特殊的波谱范围，具有许多优越特性。研究发现其在无线通信、雷达成像、环境检测等方面具有重要的应用前景。相对于太赫兹辐射源和探测技术来说，对太赫兹功能器件的研究相对滞后，如调制器、偏振器和耦合器，特别是吸收体。究其原因是因为自然界中缺乏天然的、适合的太赫兹强吸收材料，进而阻碍和制约着太赫兹器件的发展与应用。

电磁超材料的出现为太赫兹吸收体提供了一种新的方法，电磁超材料是指一些具有人造结构的周期性结构材料，它呈现出自然材料所不具备的超常物理性质。研究发现，太赫兹电磁超材料在其共振频率处可以发生强烈吸收，这为探索太赫兹吸收体提供了新的途径。然而，目前太赫兹超材料吸收体仍存在调谐程度小、调谐速度慢，带宽较窄等不足，为此，本发明提出了一种基于二氧化钒的宽带可调谐太赫兹吸收体及其制备方法。

发明内容

本发明公开了一种基于二氧化钒的宽带可调谐太赫兹吸收体及其制备方法。所述的太赫兹吸收体单元横截面为正方形，自下而上依次由基底层，复合结构层，介质层，金属结构层组成。所述的复合结构层是由嵌入相变材料方框结构的介质层组成，所述的金属结构层是由金属方框和金属块嵌套而成。本发明利用谐振结构在纵向上的空间叠加，实现了对太赫兹波的宽带吸收，通过温度、光照等外部激励可以改变复合结构层中相变材料的电导率，完成对太赫兹波吸收效率的调制。

上述方案中，基底层材料为硅材料，所述的基底层厚度为10-500μm。

上述方案中，复合结构层中相变材料方框结构材料为二氧化钒，所述的复合结构层的厚度为0.1-1μm。

上述方案中，复合结构层中相变材料方框结构的内边长为6-8μm，外边长为14-16μm。

上述方案中，介质层和复合结构层中的介质材料为聚酰亚胺，所述的介质层的厚度为3-5μm。

上述方案中，金属结构层中金属方块结构和金属方框结构材料为贵金属材料，所述的金属结构层的厚度为0.01-0.2μm。

上述方案中，金属结构层中金属方块结构的边长为8-9.5μm，金属方框结构的内边长为9.5-10μm，外边长为10-11μm。

上述方案中，太赫兹吸收体周期单元的横截面呈正方形，单元周期为15-18μm。

与现有的技术相比，本发明有如下特点：

1、当相变材料为金属相时，太赫兹吸收体吸收率大于90％的带宽可达1.25THz；

2、当相变材料为介质相时，太赫兹吸收体吸收率都降到25％以下；

3、可通过控制吸收体工作环境的温度，来改变相变材料的电导率，完成对吸收带宽的调制，从而实现可调谐的功能；

4、本发明具有结构简单、调谐速度快、调谐深度大等优点，在太赫兹开关和滤波等领域具有重要的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的基于二氧化钒的太赫兹吸收体的主视结构示意图。