[发明专利]一种基于超表面集成的中红外热释电探测器

说明书

本发明公开了一种基于超表面集成的中红外热释电探测器，由超表面像元阵列构成，阵列中每个超表面像元包括：上电极板，采用金属制成，包括谐振双环；谐振双环的结构作为超表面像面结构；介质层，采用热释电材料制成；下电极板，采用金属制成；介质层设置在上电极板和下电极板两个金属层之间；电磁波沿上电极板射入中红外热释电探测器；超表面像面结构对入射的电磁波进行吸收；上电极板、介质层和下电极板形成谐振腔，谐振腔对进入腔内的电磁波进行吸收。本发明通过超表面谐振模式与腔体模式耦合，实现并增强层间热释电材料的宽带电磁吸收，提升了探测器在目标波段的宽带吸波效率与探测效率。本发明可广泛应用于红外探测技术领域。

技术领域

本发明涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种基于超表面集成的中红外热释电探测器。

背景技术

中红外波段，即波长为3μm至5μm的电磁波波段，是在传播过程中受二氧化碳和臭氧等大气成分吸收较小的波段，因此也被称为大气窗口。由于其在大气中传播具有较高的透过率，因而也就有了被探测的可能性。另一方面，由于物体都具有辐射红外电磁波的性质，因此对辐射电磁波的探测具有重要意义。在测温、检测、成像等诸多领域，红外探测器都是不可或缺的重要组成部分。

热释电红外探测器是除光子型探测器外另一主流红外探测器，其主要机理是温度的变化导致内部自发极化的有序电偶极子发生转动，从而产生电流。典型的热释电探测器的吸收层一般采用与上电极板相互独立的薄膜吸收层或者直接将上电极板直接作为吸收层。而这种结构一般具有热耗散严重，或者电磁波吸收效率较低的缺点。

基于超表面结构增强探测器吸收率的设计已经有了前人的探索，然而需较好地兼顾探测效率，不得不在设计超表面时考虑结构、介电材料、热耗散效率等诸多问题。较于典型的薄膜吸收层，吸波效率有待进一步提高。与此同时，大多数现有设计，仅仅是针对单一频点的吸波增强，即实现窄带的探测率改善，这无疑限制了此类探测器的宽带应用。因此，对特定宽频段的整体探测效率提升，仍然具有实际的需求和发掘的空间。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于超表面集成的中红外热释电探测器。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于超表面集成的中红外热释电探测器，所述中红外热释电探测器由超表面像元阵列构成，阵列中每个超表面像元包括：

上电极板，采用金属制成，包括谐振双环；所述谐振双环的结构作为超表面像面结构；

介质层，采用热释电材料制成；

下电极板，采用金属制成；

所述介质层设置在上电极板和下电极板两个金属层之间；电磁波沿上电极板射入中红外热释电探测器；所述超表面像面结构对入射的电磁波进行吸收；所述上电极板、介质层和下电极板形成谐振腔，所述谐振腔对进入腔内的电磁波进行吸收。

进一步地，所述超表面像元的正投影为正方形；该正投影为自上电极板向下电极板垂直照射的投影；

所述谐振双环包括两个同心方环：内环和外环；相邻的超表面像元的外环相连接。

进一步地，所述谐振双环为镍铬合金谐振双环。

进一步地，所述热释电材料为钽酸锂。

进一步地，所述下电极板采用金属铜制成。

进一步地，所述谐振双环的厚度为0.05μm；

外环的外壁长度为0.28μm，外环的内壁长度为0.24μm；

内环的外壁长度为0.17μm，内环的内壁长度为0.08μm。

进一步地，所述介质层的厚度为0.46μm；所述下电极板的厚度为0.01μm。