本發(fā)明涉及超材料太赫茲吸波器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器。

背景技術(shù)：

1、太赫茲波的頻率范圍為0.1～10thz，位于微波與紅外波段之間。由于其光子能量較低、穿透性強(qiáng)以及瞬時(shí)帶寬寬等特點(diǎn)，太赫茲波在寬帶通信、雷達(dá)探測(cè)、電子對(duì)抗以及電磁武器等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。隨著太赫茲技術(shù)的不斷進(jìn)步，太赫茲超材料吸收器成為眾多太赫茲應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵功能器件，如生物醫(yī)學(xué)傳感、電磁隱身和軍用雷達(dá)等。目前，6g通信將采用頻率范圍從幾ghz到數(shù)千ghz(即太赫茲)的多波段電磁波，為了解決高頻段太赫茲波段電磁波可能導(dǎo)致的電磁泄漏和干擾問(wèn)題，研究和開(kāi)發(fā)在太赫茲波段具有吸收性能的電磁波屏蔽吸波技術(shù)十分迫切。太赫茲頻段吸收器的研究仍處于起步階段，主要挑戰(zhàn)是如何擴(kuò)展有效吸收帶寬和實(shí)現(xiàn)定制化吸收，以更利于各種復(fù)雜條件的應(yīng)用場(chǎng)景。盡管許多天然材料(如水等極性分子)在太赫茲波段表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收特性，但通過(guò)精密設(shè)計(jì)的超材料吸收器，可在太赫茲波段實(shí)現(xiàn)有效的電磁干擾屏蔽，在解決電子設(shè)備的電磁泄漏和輻射問(wèn)題方面展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)，特別是在現(xiàn)代電子設(shè)備日益緊湊和復(fù)雜的背景下。

2、目前，大部分太赫茲波段的超材料吸收器均采用傳統(tǒng)的金屬層-介質(zhì)層-金屬層三明治結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)完美吸收。然而，此類(lèi)吸收器在加工過(guò)程中需要采用金屬鍍膜工藝，不可避免地增加了加工難度。此外，許多常用的金屬薄膜(如銀、鋁、鐵等)容易被氧化，若不采取保護(hù)措施，此類(lèi)金屬吸收器的使用壽命將被大大縮短，故需要對(duì)使用環(huán)境條件提出更高要求。因此，一般而言，需要對(duì)此類(lèi)吸收器其進(jìn)行額外保護(hù)，這限制了吸收器的應(yīng)用范圍。對(duì)于不易氧化的金屬(如金和鉑)，雖然其不易被氧化，但成本較高使其在實(shí)際應(yīng)用中不具備普遍性。這些因素共同限制了基于金屬的太赫茲吸收器的實(shí)際應(yīng)用潛力，迫切需要尋求更為可靠和經(jīng)濟(jì)的解決方案。值得注意的是，光學(xué)窗口的電磁防護(hù)尤其薄弱，因?yàn)榇祟?lèi)吸收器不僅需要具備高透光特性，還必須具有高效電磁波吸收能力，而基于金屬的太赫茲吸收器不具有光學(xué)透明特性，因而進(jìn)一步限制了其應(yīng)用范圍。目前，高隱身性能已成為新一代武器裝備的標(biāo)志性特征，是各國(guó)新研裝備的關(guān)鍵指標(biāo)之一。發(fā)展高性能的透明吸波材料對(duì)軍事裝備隱身、電磁信息安全以及民用電子設(shè)備的防護(hù)具有重要意義。因此，發(fā)展光學(xué)透明和高吸收率太赫茲寬帶吸收器，可有助于太赫茲技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，尤其在作戰(zhàn)裝備中透明窗口的隱身。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器，以彌補(bǔ)基于金屬材料的太赫茲超材料吸收器應(yīng)用場(chǎng)景受限的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器。所述光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器由多個(gè)周期性排布的吸收器單元組成，單個(gè)吸收器單元由三層全介質(zhì)材料構(gòu)成，其中頂層為聚二甲基硅氧烷層，中間層為聚乳酸層，底層為氧化銦錫薄膜層，所述聚二甲基硅氧烷層、聚乳酸層和氧化銦錫薄膜層為平面周期尺寸一致的方形結(jié)構(gòu)，聚二甲基硅氧烷層的平面中心設(shè)有圓環(huán)開(kāi)口，圓環(huán)開(kāi)口的內(nèi)外圓之間通過(guò)四個(gè)等寬的十字形臂相連，所述聚乳酸層的平面中心設(shè)有十字鏤空結(jié)構(gòu)。

3、聚二甲基硅氧烷層、聚乳酸層和氧化銦錫薄膜層有效形成法布里-珀羅腔，當(dāng)太赫茲波入射至超材料吸收器時(shí)，在吸收器內(nèi)進(jìn)行多次反射，進(jìn)而疊加干涉相消，實(shí)現(xiàn)寬帶吸收。

4、上述方案中：光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器的周期p為1000μm。

5、上述方案中：所述聚二甲基硅氧烷層的厚度t1為100μm，圓環(huán)開(kāi)口的內(nèi)圓半徑r1為200μm、外圓半徑r2為450μm，連接架的寬度w1為200μm。

6、上述方案中：所述聚乳酸層的厚度t2為210μm，十字鏤空結(jié)構(gòu)的各端寬度w2為200μm，十字鏤空結(jié)構(gòu)臂的長(zhǎng)度l為750μm。

7、上述方案中：所述氧化銦錫薄膜層的厚度t3為125μm。

8、本發(fā)明的有益效果是：

9、當(dāng)太赫茲波垂直入射至吸收器時(shí)，在0.60～4thz范圍內(nèi)，該吸收器的吸收率可達(dá)到90％以上，實(shí)現(xiàn)了寬帶高效吸收；該吸收器因法布里-珀羅諧振使其具有寬帶吸收特性，且該吸收器因具有90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)而具備極化不敏感特性，以及對(duì)于左旋圓偏振波和右旋圓偏振波同樣具有高效吸收特性；由于該吸收器的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的電磁響應(yīng)特性，有利于實(shí)現(xiàn)寬入射角度，該吸收器線性極化波垂直入射時(shí)，最大可在入射角度60°實(shí)現(xiàn)寬帶和高吸收特性；該超材料使用的聚二甲基硅氧烷材料可以在高達(dá)200℃到250℃的溫度下長(zhǎng)期使用而不發(fā)生明顯降解，聚乳酸材料的熱變形溫度通常在55℃到65℃之間，氧化銦錫薄膜材料工作溫度通常在0℃到60℃的范圍內(nèi)，短期內(nèi)的工作溫度能達(dá)到300℃。由此可見(jiàn)，該吸收器在0-55℃范圍內(nèi)具有較好的熱穩(wěn)定性；該吸收器使用的材料均為光學(xué)透明材料，使其在太赫茲波段具有寬帶高效吸收的同時(shí)，還保持了光學(xué)窗口透明的特性，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，適用于需要透明和高效吸收的多種場(chǎng)景。

10、總之，本太赫茲超材料寬帶吸收器具有光學(xué)透明性，由全介質(zhì)材料構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、吸收率高、寬入射角度和極化不敏感性的特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。

技術(shù)特征：

1.一種基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器，包括吸收器單元(a)，其特征在于：所述光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器由多個(gè)周期性排布的吸收器單元(a)組成，單個(gè)吸收器單元(a)由三層全介質(zhì)材料構(gòu)成，其中頂層為聚二甲基硅氧烷層(1)，中間層為聚乳酸層(2)，底層為氧化銦錫薄膜層(3)，所述聚二甲基硅氧烷層(1)、聚乳酸層(2)和氧化銦錫薄膜層(3)為平面周期尺寸一致的正方形結(jié)構(gòu)，頂層聚二甲基硅氧烷層(1)的平面結(jié)構(gòu)為中心設(shè)有圓環(huán)開(kāi)口，圓環(huán)開(kāi)口的內(nèi)外圓之間通過(guò)四個(gè)等寬的連接臂(11)相連，所述中間層聚乳酸層(2)的平面結(jié)構(gòu)為中心設(shè)有十字鏤空結(jié)構(gòu)，聚二甲基硅氧烷層(1)、聚乳酸層(2)和氧化銦錫薄膜層(3)共同形成法布里-珀羅腔。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器，其特征在于：所述光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器的周期p為1000μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷層(1)的厚度t1為100μm，圓環(huán)開(kāi)口的內(nèi)圓半徑r1為200μm、外圓半徑r2為450μm，連接臂(11)的寬度w1為200μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器，其特征在于：所述聚乳酸層(2)的厚度t2為210μm，十字鏤空結(jié)構(gòu)的臂寬w2為200μm，十字鏤空結(jié)構(gòu)臂的長(zhǎng)度l為750μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器，其特征在于：所述氧化銦錫薄膜層(3)的厚度t3為125μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于全介質(zhì)的光學(xué)透明太赫茲超材料寬帶吸收器，吸收器由周期性排布的吸收器單元結(jié)構(gòu)組成，吸收器的單元結(jié)構(gòu)由三層全介質(zhì)光學(xué)透明材料層構(gòu)成，其中頂層為聚二甲基硅氧烷層，中間層為聚乳酸層，底層為氧化銦錫薄膜層，聚二甲基硅氧烷層、聚乳酸層和氧化銦錫薄膜層為平面周期尺寸一致的方形結(jié)構(gòu)，聚二甲基硅氧烷層的平面中心設(shè)有圓環(huán)開(kāi)口，圓環(huán)開(kāi)口的內(nèi)外圓之間通過(guò)四個(gè)等寬的連接臂相連，聚乳酸層的平面中心設(shè)有十字鏤空結(jié)構(gòu)，聚二甲基硅氧烷層、聚乳酸層和氧化銦錫薄膜層共同形成法布里?珀羅腔。本發(fā)明具有光學(xué)透明性，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、吸收率高、寬入射角度和極化不敏感性的特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。

技術(shù)研發(fā)人員：凌芳,胡鵬,趙宇鑫,鄧鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川輕化工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6