一种硅基五通道吸收器

1.本发明涉及吸收器领域，具体涉及一种硅基五通道吸收器。


背景技术：

2.基于超材料的近红外吸收器超的表面是由人工设计的微单元结构阵列组成的超薄光学器件属于二维超材料器件，可以在亚波长的范围内使入射光的相位和振幅发生突变。近红外辐射入射到超表面会展示出不同的信息，因此其可制作为具备各种用途的超薄的光学器件，包括偏振、传感、色散和电磁波调谐等。因其具有的独特特性，现已广泛的应用于成像、光谱分析和通信等各个领域。
3.目前已经出现的近红外吸收器已经有很多种，但或多或少存在一些缺点，进而影响其应用。譬如，很多吸收器是单频的，无法同时对多个频段进行吸收；很多吸收器是基于金属材料设计的，欧姆损耗过大，对吸收效率有影响，达不到吸收；有的吸收器结构过于复杂，较难用于实际制备。因此，本发明提供一种硅基五通道吸收器。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中的不足，提供一种硅基五通道吸收器。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种硅基五通道吸收器，包括全金属反射层和设置在全金属反射层上呈周期性排列的介质层；所述介质层的表面刻蚀有环形空腔，通过改变环形空腔的深度、内径或外径调控吸收器的吸收性能；环形空腔中心和不同的环形空腔之间会引起入射的近红外波段共振，且振动模式不同，可以在近红外波实现可调的双频吸收，本发明所设计的吸收器的吸收率均能达到90%以上。
6.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：进一步地，所述介质层为硅介质层；传统的吸收器通常采用金属-介质层-金属结构，金属的欧姆损耗非常大，而采用单层结构的硅介质层代替金属层，避免了欧姆损耗，增加了吸收效率。
7.进一步地，所述介质层的厚度为20nm；根据时域有限差分法计算，当介质层采用上述参数时，吸收器的峰值吸收率在90%以上，接近或达到吸收。
8.进一步地，所述环形空腔的外径外240nm，内径为60nm，深度为15nm。
9.进一步地，所述环形空腔的外径为240nm，内径为80nm，深度为15nm。
10.进一步地，所述周期为800nm；根据时域有限差分法计算，当环形空腔采用上述参数时，吸收器的峰值吸收率在99%以上，接近或达到吸收。
11.进一步地，全金属反射层的材料为金、银、铝或铜，均可使吸收器接近或达到吸收的效果；所述全金属反射层的厚度大于入射波的趋肤深度，使得近红外波段的电磁辐射无法透过全金属反射层，仅需测量反射率即可根据反射率加吸收率等于1的公式得到吸收率。
12.本发明的有益效果是：
本发明提供的硅基五通道吸收器设有环形空腔，对于te波和tm波可以得到相同的吸收曲线，保证了吸收器的偏振不敏感性；同时，周期性的环形空腔在环内和环外可以激发不同的共振模式，可以在近红外波实现可调的双频吸收，可实现多达五通道的吸收效果，吸收率均能达到90%以上；本发明采用介质硅替代传统的金属，可以避免传统金属层欧姆损耗过大的问题，提高了吸收率，达到吸收。
附图说明
13.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的剖视图；图3为本发明的吸收谱图；图4为环形空腔深度调控对吸收器吸收率的影响图；图5为环形空腔外径调控对吸收器吸收率的影响图；图6为环形空腔内径调控对吸收器吸收率的影响图；其中，1为全金属反射层，2为介质层。
实施方式
14.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图。对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
15.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
16.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
17.一种硅基五通道吸收器，包括全金属反射层1和设置在全金属反射层1上呈周期性排列的介质层2，所述全金属反射层1的材料为银，所述周期为800nm，所述全金属反射层1的厚度大于入射波的趋肤深度；所述介质层2的表面刻蚀有环形空腔，所述环形空腔的外径为240nm，内径为60nm；所述介质层2为硅介质层，所述介质层2的厚度为20nm。
18.以上述硅基五通道吸收器为例，首先探究环形空腔深度调控对吸收器吸收率的影响，如表1所示：
表1 环形空腔深度调控对吸收器吸收率的影响环形空腔深度/nm通道1通道2通道3通道4通道5300.966////250.9250.900///200.9230.9540.996//150.9930.9970.9120.9490.997100.942////50.966////从表1中可以看出，当环形空腔深度为5nm、10nm或者30nm时，吸收器只有一个吸收通道；当环形空腔深度为25nm时，吸收器具备两个吸收通道；当环形空腔深度为20nm时，吸收器具备三个吸收通道；只有当环形空腔深度为15nm时，吸收器才表现出五通道的吸收反应，具体结果见图4。
19.接着，在环形空腔深度为15nm的基础上，探究环形空腔外径调控对吸收器吸收率的影响，如表2所示：表2 环形空腔外径调控对吸收器吸收率的影响环形空腔外径/nm通道1通道2通道3通道4通道51800.9070.9320.9942000.9740.9760.9970.9552200.9990.9930.9731.0002400.9930.9970.9120.9490.9972600.9720.9950.9680.9912800.9430.9830.995从表2中可以看出，当环形空腔外径为180nm或280nm时，吸收器只有三个吸收通道；当环形空腔外径为200nm、220nm或260nm时，吸收器具备四个吸收通道；只有当环形空腔外径为240nm时，吸收器才表现出五通道的吸收反应，具体结果见图5。
20.最后，在环形空腔深度为15nm，外径为240nm的基础上，探究环形空腔内径调控对吸收器吸收率的影响，如表3所示：表3 环形空腔内径调控对吸收器吸收率的影响环形空腔内径/nm通道1通道2通道3通道4通道500.9820.9960.960200.9830.9970.964400.9871.0000.988600.9930.9970.9120.9490.997800.9990.9640.9980.9850.9321000.9960.9840.9891200.9700.9530.976从表2中可以看出，当环形空腔内径为0nm、20nm、40nm、100nm或120nm时，吸收器只有三个吸收通道；当环形空腔外径为60nm或80nm时，吸收器表现出五通道的吸收反应，具体结果见图6。
21.具体的，本发明提供一种硅基五通道吸收器，如图1所示，包括全金属反射层1和设置在全金属反射层1上呈周期性排列的介质层2；全金属反射层1的材料为银，厚度大于100nm，可使吸收器接近或达到吸收的效果；所述全金属反射层1的厚度大于入射波的趋肤深度，使得近红外波段的电磁辐射无法透过全金属反射层1，仅需测量反射率即可根据反射率加吸收率等于1的公式得到吸收率。
22.如图2所指示，所述介质层2为硅介质层，传统的吸收器通常采用金属-介质层-金属结构，金属的欧姆损耗非常大，而采用单层结构的硅介质层代替金属层，避免了欧姆损耗，增加了吸收效率。所述介质层2的厚度为20nm，所述环形空腔的深度为15nm，外径为240nm，内径为80nm；根据时域有限差分法计算，当介质层2采用上述参数时，吸收器的峰值吸收率在90%以上，接近或达到吸收。所述周期为800nm；根据时域有限差分法计算，当环形空腔采用上述参数时，吸收器的峰值吸收率在99%以上，接近或达到吸收。
23.图3为硅基五通道吸收器的吸收谱图，在λ1=860nm（图3中的峰1）、λ2=938nm（图3中的峰2）、λ3=965nm（图3中的峰3）、λ4=1162nm（图3中的峰4）、λ5=1162nm（图3中的峰5）得到五个吸收峰，吸收峰分别达到93.4%、98.1%、99.9%、96.5%、99.9%，同时接近100%吸收。
24.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种硅基五通道吸收器，其特征在于，包括全金属反射层（1）和设置在全金属反射层（1）上呈周期性排列的介质层（2）；所述介质层（2）的表面刻蚀有环形空腔，通过改变环形空腔的深度、内径或外径调控吸收器的吸收性能。2.根据权利要求1所述的一种硅基五通道吸收器，其特征在于，所述介质层（2）为硅介质层。3.根据权利要求2所述的一种硅基五通道吸收器，其特征在于，所述介质层（2）的厚度为20nm。4.根据权利要求3所述的一种硅基五通道吸收器，其特征在于，所述环形空腔的外径外240nm，内径为60nm，深度为15nm。5.根据权利要求3所述的一种硅基五通道吸收器，其特征在于，所述环形空腔的外径为240nm，内径为80nm，深度为15nm。6.根据权利要求1所述的一种硅基五通道吸收器，其特征在于，所述周期为800nm。7.根据权利要求1所述的一种硅基五通道吸收器，其特征在于，所述全金属反射层（1）的材料为金、银、铝或铜。8.根据权利要求1所述的一种硅基五通道吸收器，其特征在于，所述全金属反射层（1）的厚度大于入射波的趋肤深度。

技术总结
本发明提供一种硅基五通道吸收器，包括全金属反射层和设置在全金属反射层上呈周期性排列的介质层；所述介质层的表面刻蚀有环形空腔，通过改变环形空腔的深度、内径或外径调控吸收器的吸收性能。本发明提供的硅基五通道吸收器设有环形空腔，对于TE波和TM波可以得到相同的吸收曲线，保证了吸收器的偏振不敏感性；同时，周期性的环形空腔在环内和环外可以激发不同的共振模式，可以在近红外波实现可调的双频吸收，可实现多达五通道的吸收效果，吸收率均能达到90%以上；本发明采用介质硅替代传统的金属，可以避免传统金属层欧姆损耗过大的问题，提高了吸收率，达到吸收。达到吸收。达到吸收。


技术研发人员：吴周承 刘飞 雷格芳
受保护的技术使用者：金陵科技学院
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/9