一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器制造技术

一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器，包括上表面的金属图案化层（1）、中间介质层（2）和下表面的金属反射层（3）。上表面的金属图案化层是由周期排布的超材料单元结构组成，单个超材料单元结构由开口位置不同的四个单开口圆环及最外周方环组成；四个单开口环尺寸大小相同，开口位置从左下角开始依次呈逆时针间隔90

【技术实现步骤摘要】
一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器
[0001]

[0002]本专利技术涉及一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器，属太赫兹超材料


技术介绍

[0003]在电磁波谱中介于微波与远红外之间的太赫兹（THz）波，是电子学和光子学交叉过渡区域，也是电磁波谱中唯一没有全面和深入开发的频段。由于太赫兹波独特的频率和波长，使其具有高宽带、高穿透性、低能量等特性，从而在空间通讯、国防安全、新型材料、天文地质和生物医学等领域示展示巨大的研究潜力和应用价值。近年来，由于光子学技术、材料科学技术和超快光谱技术的迅速发展，稳定的太赫兹波辐射源和可靠的太赫兹波探测器已经成为现实。而太赫兹波相关技术的开发利用离不开相应的太赫兹功能器件，传统的材料对太赫兹波响应不强，导致相应的高性能太赫兹功能器件匮乏，这极大的限制太赫兹相关技术的的发展。为了突破相应的限制，人工设计的亚波长周期性电磁超材料被开发出来，这类亚波长人工设计的周期性电磁超材料可以实现天然材料所不具备的独特电磁特性。超材料的研究开发为研制高性能太赫兹功能器件开辟了一条有效的研究途径。
[0004]通过人工设计的亚波长周期性单元结构可以实现对太赫兹波电磁响应的任意操控。目前，研究人员已经开发了多种太赫兹超材料功能器件，随着科学技术的不断发展，高性能的太赫兹功能器件仍有很大的发展空间。常见的太赫兹超材料吸收器都为单一频段或者宽频带吸收，对于多频吸收的使用要求，现有技术一般通过结构多层堆叠或多种复合等方式实现，这种方式在工艺上难度大，制备成本高，整体结构尺寸复杂，不利于小型化等。现有方式的缺陷严重限制了多频吸收器的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是，为了解决现有技术通过结构多层堆叠或多种复合等方式实现吸收器多频吸收，工艺上难度大，制备成本高，整体结构尺寸复杂的问题，提出一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器。
[0006]本专利技术实现的技术方案如下，一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器，包括上表面的金属图案化层、中间介质层和下表面的金属反射层。所述金属图案化层与金属反射层分别附于中间介质层的上下两个面上；所述上表面的金属图案化层是由周期排布的超材料单元结构组成，单个超材料单元结构由开口位置不同的四个单开口圆环及最外周方环组成；所述四个单开口环尺寸大小相同，开口位置从左下角开始依次呈逆时针间隔90
°
排布；所述太赫兹超材料吸收器在1.0~3.0THz的频率范围内具有四个窄带吸收峰，其太赫兹吸收率都超过99%。
[0007]所述上表面的金属图案化层的材料为金，厚度为0.2um，电导率为4.56
×
10
7 S/m；
所述超材料单元结构中单开口圆环外半径为16um，内半径为11um，线宽5um，圆环开口大小为6um；所述超材料单元结构中金属方环外边长为102um，内边长为92um，线宽为5um；所述单个超材料单元结构内四个单开口圆环的圆心间距为40um。
[0008]所述中间介质层材料为聚酰亚胺，厚度为17um，介电常数为3.0，损耗正切角为0.004。
[0009]所述下表面的金属反射层材料为金，厚度为0.3um，电导率为4.56
×
10
7 S/m。
[0010]本专利技术一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器的制备方法如下：（1）准备聚酰亚胺薄膜及硅片；依次使用丙酮、酒精和去离子水超声清洗聚酰亚胺薄膜及硅片表面，并用氮气吹干；（2）通过聚二甲基硅烷（PDMS）的热固性，将聚酰亚胺薄膜粘贴在衬底干净硅片表面；（3）利用电子束蒸发镀膜系统，将厚度为10nm的金属镉和厚度为290nm金镀到聚酰亚胺薄膜表面；（4）将镀有金属层的聚酰亚胺薄膜从衬底硅片上取下，将镀有金属层的聚酰亚胺薄膜通过聚二甲基硅烷（PDMS）粘贴在干净硅片表面；（5）通过匀胶机，将负性光刻胶均匀旋涂在粘有聚酰亚胺薄膜的硅片表面；（6）利用紫外曝光系统进行表面图案化的曝光及显影；（7）利用电子束蒸发镀膜系统，将厚度为10nm的金属镉和厚度为190nm的金镀到聚酰亚胺薄膜表面；（8）将样品置于丙酮溶液并进行超声清洗，将多余的光刻胶及金属去除，并用干燥氮气吹干，最终得到该柔性太赫兹超材料吸收器。
[0011]本专利技术的有益效果在于，本专利技术提出的太赫兹超材料吸收器在1.0~3.0 THz的频率范围内具有四个窄带吸收峰，其太赫兹吸收率都超过99%；本专利技术太赫兹超材料吸收器具有四重旋转对称性，对与不同偏振方式下的TE模式和TM模式的电磁波吸收谱具有很好的重叠，具有对入射电磁波偏振不敏感的特性。
[0012]本专利技术太赫兹超材料吸收器以柔性聚酰亚胺薄膜为介质层，具有一定的延展性，极大的拓宽该太赫兹吸收器的应用范围；本专利技术太赫兹超材料吸收器及其制备工艺具有体积小，成本低，易于制备等特点，可以广泛大面积的使用。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例提供一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器的阵列三维结构示意图；图2为本专利技术实施例提供一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器的单元结构正视图；图3为本专利技术实施例提供一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器的单元结构侧视图；图4为本专利技术实施例提供一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器的吸收效果图；图1中：1为上表面周期排布的金属图案化层，2为聚酰亚胺薄膜介质层，3为金属反
射层；图2中的201、202、203、204分别为单个超材料单元结构中开口位置不同的四个单开口圆环，205为单个超材料单元结构中最外周方形环；图4中，TE为水平极化的太赫兹波；TM为垂直极化的太赫兹波。
具体实施方式
[0014]本专利技术的具体实施方式如附图所示。
[0015]本实施例一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器，包括上表面周期排布的金属图案化层1，中间介质层2和金属反射层3；其中金属图案化层1与金属反射层3分别附于中间介质层2的上下两个面上，如图1所示。
[0016]本实施例中的上表面周期排布的金属图案化层1是由周期排布的单元结构组成，单个方形周期阵列边长P为110um；单个单元结构如图2所示。单个单元由开口位置不同的四个单开口圆环及最外周方环组成。
[0017]本实施例中的四个单开口环尺寸大小相同，开口位置从左下角开始依次呈逆时针间隔90
°
排布，如图2所示，单开口圆环201的开口位置向上，单开口圆环202的开口位置向左，单开口圆环203的开口位置向下，单开口圆环204的开口位置向右。
[0018]本实施例中的单开口圆环结构及方环结构材料为金，厚度为0.2um，电导率为4.56
×
107S/m。所述单开口圆环外半径R 为16um，内半径r为11um，线宽w 为5um，开口大小d 为6um。单个周期内金属方环其外边长为102um，内边长为92um，宽度w为5um。单个超材料单元结构内四个单开口圆环的圆心间距S为40um本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器，包括上表面的金属图案化层、中间介质层和下表面的金属反射层；其特征在于，所述金属图案化层与金属反射层分别附于中间介质层的上下两个面上；所述上表面的金属图案化层是由周期排布的超材料单元结构组成，单个超材料单元结构由开口位置不同的四个单开口圆环及最外周方环组成；所述四个单开口环尺寸大小相同，开口位置从左下角开始依次呈逆时针间隔90
°
排布；所述太赫兹超材料吸收器在1.0~3.0THz的频率范围内具有四个窄带吸收峰，其太赫兹吸收率都超过99%。2.根据权利要求1所述的一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器，其特征在于，所述上表面的金属图案化层的材料为金，厚度为0.2um，电导率为4.56
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10
7 S/m；所述超材料单元结构中单开口圆环外半径为16um，内半径为11um，线宽5um，圆环开口大小为6um；所述超材料单元结构中金属方环外边长为102um，内边长为92um，线宽为5um；所述单个超材料单元结构内四个单开口圆环的圆心间距为40um。3.根据权利要求1所述的一种多频段偏振不敏感的柔性太赫兹超材料吸收器，其特征在于，所述中间介质层材料为聚酰亚胺，厚度为17u...

【专利技术属性】
技术研发人员：程瑞剑，管梦成，胡强，黄佳，
申请(专利权)人：江西省科学院应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：