[发明专利]一种用于辐射制冷的红外宽带吸波结构及其设计方法

权利要求书

1.一种大气窗口红外宽带吸波超材料及其设计方法，其特征在于，由下至上为金属底板和多层锯齿状双介质结构组成的基本单元，该基本单元在x-y二维平面上周期性展开：

所述金属底板由金属薄膜组成，厚度大于红外波段电磁波在金属中的趋肤深度，至少大于50nm；双介质结构中上层介质为金属薄膜，厚度为10nm～100nm，下层介质为Ge、P等半导体薄膜，厚度为10～100nm，双介质结构的层数为13～50，双介质结构基本单元的宽度和长度为1μm～3μm。

2.如权利要求1所述处于大气窗口红外宽带吸波超材料，其特征在于：所述金属底板材料可为金属金、银、铜、铝等。

3.如权利要求1所述处于大气窗口红外宽带吸波超材料，其特征在于：基本单元结构在x-y平面周期性展开，周期为0.5～5μm，双介质结构被刻蚀为金字塔形，在x-z平面的截图为梯形，梯形最上层宽度为0.2μm～4μm，梯形最下层宽度为0.3μm～4.5μm。

4.如权利要求1所述处于大气窗口红外宽带吸波超材料，其特征在于：利用金属薄膜底层结构来阻挡透射，利用阻抗匹配来减少反射，通过锯齿状多层双介质周期结构来实现大气窗口3～5μm近红外波段和8～13μm中波红外电磁波的吸收，同时非大气窗口其他波段高反射。

5.如权利要求1所述处于大气窗口红外宽带吸波超材料，其设计方法具体如下：根据吸收A＝1-透射T-反射R，为了减少透射，在最底层加一层金属底板，该底板由金属薄膜组成，厚度大于红外波段的穿透深度，使得透射T＝0；为了减少大气窗口的反射，要使此波段内该结构的波阻抗Z与外界环境的波阻抗Z匹配，非大气窗口该结构的波阻抗Z与外界环境的波阻抗不匹配：

步骤(1)采用时域差分方法来进行数值仿真，入射光为平面波，沿着-z方向入射，模式为横电场TE极化波，由于吸波材料在垂直光传播方向上的对称性，采用横电磁场TM极化波来验证结果，与TE结果一致；

步骤(2)扫描参数或者利用遗传算法、粒子群算法找到在大气窗口3μm～5μm和8μm～13μm吸波材料的吸收大于90％的参数；

步骤(3)扫描参数，观察吸波材料在3μm～5μm和8μm～13μm的吸收，其他波段的反射，找到吸收最强的曲线和对应的结构参数；

步骤(4)计算光不同入射角度时吸波材料在3μm～5μm和8μm～13μm的吸收，其他波段的反射，找到吸收最强且对入射角度不敏感的结构参数。