[发明专利]一种微波及太赫兹波段的宽带吸收超材料

说明书

本发明公开了一种微波及太赫兹波段的宽带吸收超材料，涉及超材料技术领域，包括环形谐振器、第一介质层、第一金属反射层、第二介质层、电阻膜层、第三介质层和第二金属反射层，环形谐振器由多个单元器件构成，多个单元器件呈周期性排列，单元器件包括大金属环和小金属环，小金属环位于大金属环的内侧，大金属环的横截面宽度小于小金属环的横截面宽度。本发明解决了目前跨波段超材料吸收带宽有限且加工困难的问题，利用偶极子谐振吸收原理，结构简单，宽带吸收超材料周期小，制造精度要求低；宽带吸收超材料具有跨波段宽带高吸收率的效果，具备跨波段多功能的优势。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，特别是涉及一种微波及太赫兹波段的宽带吸收超材料。

背景技术

超材料是一类具有特殊性质的人造材料，这些材料是自然界没有的。它们拥有一些特别的性质，比如让光、电磁波改变它们的通常性质，而这样的效果是传统材料无法实现的。自从2008年Landy等人提出了第一个完美超材料吸收器以来，超材料吸收器作为近年来超材料的一个重要分支引起了人们的极大兴趣，特别是以太赫兹超材料吸收器为基础的完美吸收器是最典型的代表，它可以克服天然材料与太赫兹波之间的弱作用，从而在通信、探测、成像和雷达等领域得到广泛的应用。然而，目前这些超材料吸收器的实现大多基于电磁共振现象，仅在较窄带宽的情况下达到峰值吸收，限制了其应用范围。太赫兹波通常指跨越(0.1-10)THz的电磁频谱，它是微波和红外波段之间的过渡频段，因此太赫兹波和微波具有相似的特性。例如，这两个波段的波长较长，可以远距离通信；其光子能量较低，可用于低损伤探测和成像；频带较宽，可携带更多信息；对能够探测到的非极性材料具有很强的穿透性。微波超材料吸收器和太赫兹超材料吸收器在很多领域具有重要的应用价值。一种能同时吸收微波和太赫兹波的跨波段超材料宽带吸收器，能够满足两个波段的通信、探测、成像和隐身等要求。然而，目前关于跨带超材料吸收器的文献报道却很少，而且跨波段结构较复杂，实现的是窄带吸收。吸收率A由公式A＝1-R-T＝1-|S11|2-|S21|2可求得，其中S11和S21分别表示材料的反射系数和透射系数，R＝|S11|2是反射率，T＝|S21|2是透射率。相对吸收带宽W_RAB定义为W_RAB＝2(f_u-f_l)/(f_u+f_l)，其中，f_u和f_l分别表示吸收率大于50％的最高和最低频率点。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种微波及太赫兹波段的宽带吸收超材料。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种微波及太赫兹波段的宽带吸收超材料，包括环形谐振器、第一介质层、第一金属反射层、第二介质层、电阻膜层、第三介质层和第二金属反射层，所述环形谐振器、第一介质层、第一金属反射层、第二介质层、电阻膜层、第三介质层和第二金属反射层从上往下依次排列，所述环形谐振器由多个单元器件构成，多个单元器件呈周期性排列，实现对入射微波和太赫兹波的宽带谐振吸收，所述单元器件包括大金属环和小金属环，小金属环位于大金属环的内侧，大金属环的横截面宽度小于小金属环的横截面宽度。宽带吸收超材料通过光刻技术和印制电路板技术制作完成。

优选的，所述大金属环和小金属环均为闭合环，大金属环呈方形或圆形或多边形，小金属环呈方形或圆形或多边形。大金属环和小金属环的形状便于加工生产。

优选的，单个单元器件中大金属环的数量为1个，小金属环的数量为2～6个。相邻的小金属环吸收带宽部分重叠。调节环形谐振器单元器件中金属环的形状、个数及介质层的厚度可以改变宽带吸收超材料对微波及太赫兹波的吸收效果。