【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及宽带响应非偏振敏感超材料吸收结构及红外探测，更具体的是涉及一种非偏振长波红外宽带响应吸收结构。
技术介绍
1、长波红外是指波长介于8至14μm之间的电磁波，是当前国际上备受关注的研究领域。该波段主要由室温和低温物体的辐射产生，包括人体、弱光照射区域物体、地球背阳区、大气层和宇宙空间。由于长波红外辐射的能量密度较低，因此需要使用具有更高光响应度的探测器件。此外，长波红外技术的发展相对于短波和中波红外技术来说较为滞后，主要是由于在该波段特别是15μm(背阳区弹道导弹的辐射中心波长)及稍长波长的窄带隙材料和低噪声敏感材料方面的研究较少。长波红外具有热效应强和穿透云雾能力强的特点，因此能够提供物体的位置、温度、几何尺寸、成分等重要信息。由于大多数物体的辐射信号位于长波红外波段，因此长波红外探测器广泛应用于军事领域的观瞄系统、红外设备、信标、导航等，以及民用领域的红外热成像、医疗和船舶通信等领域。
2、长波红外在红外探测系统中主要用于探测常温物体的轮廓，特别是在存在杂散辐射或靠近热源的情况下，具有强大的侦查能力。宽带响应意味着探测器可以吸收来自目标波段的所有电磁频率辐射。因此，为了提高探测和识别能力，拓宽吸收器的带宽以覆盖长波红外波段非常重要。传统的宽带响应吸收器需要复杂的复合结构或多层堆积，这增加了制造过程的技术难度。因此，设计一种结构简单且能够实现宽带非偏振吸收响应的吸收器对于优化红外偏振探测性能至关重要。
3、选择性光学完美吸收器的工作原理是基于吸收率(a)、反射率(r)和透射率(t)之间的关系
4、近年来，随着纳米加工制备技术的进步，实验上制备各种周期性微纳结构已成为可能。在当前的吸收器设计中，大多数结构都是中心对称的，旨在实现垂直入射电磁波的完美吸收效果。然而，这些吸收器的性能会受到入射角度和偏振状态的影响。
5、本专利拟设计一种非偏振长波红外宽带吸收结构，可以在长波红外范围实现宽带非偏振吸收响应。目前已报道的光电探测器中长波红外波段宽带吸收的微结构金属天线阵列单元结构复杂，需采用电子束光刻等极高成本的方式加工，且宽带内平均光吸收一般低于50％；很有必要设计能采用紫外接触式光刻等低成本、高输出的加工方法制备、具有非偏振特性、小周期的等离子共振结构阵列长波红外吸收结构，并且需要考虑阵列的周期远小于长波红外探测系统的像素尺寸，以使设计的等离子体共振结构有潜力与拓扑量子材料构筑长波红外焦平面阵列。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决现有光电探测器吸收效率低，加工工艺难度大成本高等问题，提出一种非偏振长波红外宽带吸收结构。
2、本专利技术技术方案：一种非偏振长波红外宽带吸收结构，用于对长波红外8～20μm光谱的吸收，该吸收结构具有构成法布里-珀罗腔结构，包括由下至上依次叠设的金属反射层、介质层、敏感材料层和具有周期性金属圆盘阵列的超表面层；所述金属反射层在长波红外波段能够激发更宽的吸收带宽；所述介质层在长波红外波段具有小于0.1的消光系数和大于1.8的折射率和高于80％的透过率；所述敏感材料层由窄带隙半导体材料构成；所述的超表面层材料选自钛，厚度为10～20nm，包括大圆盘和小圆盘，大圆盘的半经r为1.5～3.5μm，小圆盘的半径r1为0.8～2μm；大圆盘圆心与相邻的小圆盘圆心距离为3.6～9μm；超表面层与金属反射层作为反射镜构成一个法布里-珀罗腔；
3、通过调节所述非偏振响应金属圆盘周期超表面的大小圆盘的半径和厚度，使其在长波红外波段能够在表面的各个方向激发局域表面等离子体激元共振，通过调节所述非偏振响应金属圆盘周期阵列超表面的大小圆盘的半径和相邻大小圆盘中心的距离，在相邻金属大小圆盘之间激发出多个传播表面等离子体激元共振；由以上两种共振模式发生特定波长的共振耦合；
4、通过调节所述非偏振响应金属圆盘周期超表面的大小圆盘的半径、厚度、相邻大小圆盘中心之间的距离，以及介质层聚酰亚胺的厚度，调控长波红外吸收结构的吸收光谱曲线。
5、进一步的，金属反射层材料为金、银、钛、铝；金属反射层的厚度为80nm以上。
6、进一步地，所述的介质层材料为聚酰亚胺、硒化锌、硅或锗，厚度为1～2μm。
7、进一步的，所述敏感材料层的窄带隙半导体材料为碲化铋、碲化钯、碲化铅或石墨烯等拓扑量子材料。
8、一种非偏振长波红外宽带吸收结构的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤1：准备硅衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，然后烘干，得到纯净的衬底；
10、步骤2：利用磁控溅射技术在硅衬底上溅射一层厚度为200nm以上的金属反射层；
11、步骤3：当介质层材料为聚酰亚胺时，在反射层上旋涂一层聚酰亚胺介质层，并在300～400℃下烘烤20～60分钟，得到厚度为1～2μm的聚酰亚胺薄膜；当介质层材料为硒化锌、硅或锗时，使用磁控溅射技术沉积一层一定厚度的硒化锌、硅或锗材料；
12、步骤4：在介质层上沉积一层适当厚度的敏感材料，作为敏感层；
13、步骤5：在介质层上均匀旋涂上一层厚度为1000nm以上的光刻胶，经过前烘、接触式曝光、后烘及显影得到圆孔型周期排布的微结构；
14、步骤6：利用磁控溅射技术溅射一层钛层，依次用丙酮、去离子水经行剥离，得到周期性排布的圆盘超表面，完成样品的制作。
15、有益效果：(1)本专利技术设计了一种非偏振长波红外宽带吸收结构，这种吸收结构决现有光电探测器吸收效率低的问题，利用法布里-珀罗腔共振、敏感材料本征吸收及金属圆盘周期阵列超表面形成表面等离子激元共振提高了吸收效率。
16、(2)本专利技术设计的一种非偏振长波红外宽带吸收结构的超表面层的最小线宽大于2um，无需使用步进式光刻技术等高成本加工方式，只需使用接触式光刻技术即可实现微纳结构的加工，这种加工方式生产成本较低且工艺较为简单。
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1.一种非偏振长波红外宽带吸收结构，用于对长波红外8～20μm光谱的吸收，该吸收结构具有构成法布里-珀罗腔结构，包括由下至上依次叠设的金属反射层、介质层、敏感材料层和具有周期性金属圆盘阵列的超表面层；所述金属反射层在长波红外波段能够激发更宽的吸收带宽；所述介质层在长波红外波段具有小于0.1的消光系数和大于1.8的折射率和高于80％的透过率；所述敏感材料层由窄带隙半导体材料构成；所述的超表面层材料选自钛，厚度为10～20nm，包括大圆盘和小圆盘，大圆盘的半经r为1.5～3.5μm，小圆盘的半径r1为0.8～2μm；大圆盘圆心与相邻的小圆盘圆心距离为3.6～9μm；超表面层与金属反射层作为反射镜构成一个法布里-珀罗腔；
2.如权利要求1所述的一种非偏振长波红外宽带吸收结构，其特征在于，所述金属反射层材料为金、银、钛、铝；金属反射层的厚度为80nm以上。
3.如权利要求1所述的一种非偏振长波红外宽带吸收结构，其特征在于，所述所述的介质层材料为聚酰亚胺、硒化锌、硅或锗，厚度为1～2μm。
4.如权利要求1所述的一种非偏振长波红外宽带吸收结构，其特征在于
5.一种如如权利要求1所述的非偏振长波红外宽带吸收结构的制备方法，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种非偏振长波红外宽带吸收结构，用于对长波红外8～20μm光谱的吸收，该吸收结构具有构成法布里-珀罗腔结构，包括由下至上依次叠设的金属反射层、介质层、敏感材料层和具有周期性金属圆盘阵列的超表面层；所述金属反射层在长波红外波段能够激发更宽的吸收带宽；所述介质层在长波红外波段具有小于0.1的消光系数和大于1.8的折射率和高于80％的透过率；所述敏感材料层由窄带隙半导体材料构成；所述的超表面层材料选自钛，厚度为10～20nm，包括大圆盘和小圆盘，大圆盘的半经r为1.5～3.5μm，小圆盘的半径r1为0.8～2μm；大圆盘圆心与相邻的小圆盘圆心距离为3.6～9μm；超表面层与金属反射层...
【专利技术属性】
技术研发人员：王军，张志恒，刘贤超，张煜熔，江嘉敏，安保华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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