[发明专利]一种全紫外-中红外波段的超宽带偏振不敏感吸收器

说明书

本发明提供了一种全紫外‑中红外波段的超宽带偏振不敏感吸收器，包括基底和设置在所述基底上呈周期性排列的超材料单元结构，所述超材料单元结构包括依次设置的多层介质/金属膜和单层介质膜/金属，还包括设置在所述多层介质/金属膜外层的外层介电圆柱环，所述外层介电圆柱环的高度小于所述多层介质/金属膜的高度。本发明的吸收器频带为200～2000nm，覆盖全紫外、可见光、近红外和中间红外波段，吸收率平均值高达94.3％，吸收率最高可达99.89％，且对偏振光不敏感，成本较低，可用于太阳能收集和紫外防护。

技术领域

本发明涉及超材料及电磁功能技术领域，尤其涉及一种全紫外-中红外波段的超宽带偏振不敏感吸收器。

背景技术

全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为一种理想的清洁能源受到许多国家的关注。太阳光辐射到地面的能量光谱主要由紫外(9％)、可见光(46％)和红外(45％)三个波段组成。传统的太阳能光伏电池仅能吸收可见光波段的能量并且吸收率不高，使太阳光谱中的能量不被有效吸收。同时，光伏太阳能电池易受四季、昼夜阴晴等气象条件影响，尤其在阴暗天气和夜晚，传统光伏电池几乎失去了作用。因此需要一种高吸收率、宽波段的太阳能收集技术，能以较高的效率吸收紫外到红外波段的光。

目前，为了实现宽频带的吸收，相关技术人员已经做了一些研究，大多数光学完美吸收器都需要比较复杂的结构。随着微纳尺度加工技术的迅速发展，技术人员已经提出并制造了多种超材料结构来实现宽谱段的吸收，并且本领域相关研究人员已经对其性质做了大量的研究。然而，现有的超材料结构主要存在三个问题：1、简单超材料结构的吸收率较低，且对于斜入射光比较敏感，实现不了宽波段光谱的吸收；2、为了保证高吸收率，超材料结构需要精巧的结构设计，这加大了工艺实现难度，制备成本高，使吸收器的推广受到限制；3、超材料结构大都使用贵金属金/银等高电导率的金属材料，这严重限制了将其他材料应用于吸收器中，使得生产成本增高，不宜于推广加工生产。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种具有吸收率高、所覆盖的吸收频带更宽、还具有较好的入射角度不敏感性的全紫外-中红外波段的超宽带偏振不敏感吸收器。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种全紫外-中红外波段的超宽带偏振不敏感吸收器，包括基底和设置在所述基底上呈周期性排列的超材料单元结构，所述超材料单元结构包括依次设置的多层介质/金属膜和单层介质膜/金属，还包括设置在所述多层介质/金属膜外层的外层介电圆柱环，所述外层介电圆柱环的高度小于所述多层介质/金属膜的高度。

优选地，所述基底的材料为铁、铝或铜。

优选地，所述基底的厚度为180～220mm。

优选地，所述多层介质/金属膜和单层介质膜/金属为十字型结构。

优选地，所述多层介质/金属膜为交替设置的介质条和金属膜，所述介质条的厚度大于所述金属膜的厚度；

优选地，所述单层介质膜/金属为依次设置的介质膜和金属条，所述金属条的厚度大于所述介质膜的厚度。

优选地，所述多层介质/金属膜的臂长为80～120nm，臂宽为55～100nm；所述介质条的厚度为140～150nm，所述金属膜的厚度为10～15nm；

优选地，所述介质膜的臂长为80～120nm，臂宽为55～100nm，厚度为10～15nm；所述金属条的臂长为26～36nm，臂宽为22～32nm，厚度为40～60nm。

优选地，所述介质条的材料为硅、二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氟化镁，与所述介质条相邻的两层所述金属膜的材料不同，分别为金或银，以及铁、铝或铜；

优选地，所述介质膜的材料为硅、二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氟化镁，所述金属条的材料为铁、铝或铜。