本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬帶寬角度極化不敏感的超材料吸波器。

背景技術(shù)：

吸收材料廣泛應(yīng)用于發(fā)達(dá)國家的武器系統(tǒng)中，成為軍事領(lǐng)域戰(zhàn)略競爭的基本要素。例如，發(fā)展質(zhì)量輕、厚度薄、不影響飛行器機動性能的吸收材料；展具有耐高溫、耐腐蝕等適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力，具有較高的可維護(hù)性和較長使用壽命的吸收材料；發(fā)展能兼容米波、厘米波、毫米波、紅外和光頻段的寬頻吸收材料。傳統(tǒng)吸收材料通常具有吸收頻帶窄、密度大等缺點，因此在應(yīng)用上受到了較大的限制。

在過去的近20年中，超材料的一系列奇異特性如負(fù)折射、完美透鏡以及隱身斗篷都得到了廣泛關(guān)注。超材料的這些特性源自于可以人為地、獨立地設(shè)計其對外加電磁場的電響應(yīng)與磁響應(yīng)。這些超材料的設(shè)計對研究新奇的物理現(xiàn)象具有非常重要的科學(xué)意義，并且在諸多方面具有實際應(yīng)用價值。2008年，landy等提出了一種具有完全吸收特性的超材料吸波器，通過阻抗匹配設(shè)計原理，對于入射到該超材料表面的電磁波基本沒有反射。同時，盡可能大地設(shè)計超材料折射率的虛部，使得電磁波的能量都在材料中被吸收。

目前，很多研究人員已經(jīng)研究出越來越多種類的超材料吸波器。yuqianye等人在《omnidirectional,polarization-insensitiveandbroadbandthinabsorberintheterahertzregime》一文中提出了一種基于三層十字架型金屬-介質(zhì)結(jié)構(gòu)的超材料吸波器，然而，這種超材料吸波器具有十字架結(jié)構(gòu)，制作較為困難，應(yīng)用波段為thz波段。jiaminghao等人在《nearlytotalabsorptionoflightandheatgenerationbyplasmonicmetamaterials》一文中提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)可見光單一波段吸收的超材料吸波器，結(jié)構(gòu)較為簡單，但只能實現(xiàn)對單一波段的吸收。因此，有必要設(shè)計一種寬帶的、寬角度、工作于可見光波段并對極化不敏感的超材料吸波器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于多層金屬-介質(zhì)結(jié)構(gòu)的超材料吸波器,具有工作于475-592nm波段內(nèi)的寬帶寬角度極化不敏感的特性，適用于對指定波段電磁波進(jìn)行吸收。

一種吸波器，包括金屬基板、介質(zhì)層以及在介質(zhì)層中周期性分布的金屬板組合；介質(zhì)層位于金屬基板之上；金屬板組合包括三層正方形金屬板，幾何中心在同一條豎直線上，三層金屬板從下到上分別定義為第一層、第二層與第三層，金屬板邊長逐漸變大；第一層金屬板位于介質(zhì)層的表面，第二層和第三層金屬板鑲嵌在介質(zhì)層中；介質(zhì)層采用三氧化二鋁，金屬基板及三層金屬板均采用金屬銀，第一層金屬板的邊長取30nm-40nm，第二層金屬板的邊長取45nm-55nm，第三層金屬板的邊長取50nm-60nm，第一層金屬板與金屬基板之間的距離為52nm，第一層與第二層金屬板之間的距離、第二層與第三層金屬板之間的距離分別為18nm和60nm，金屬板組合的分布周期p取240nm-260nm。

金屬基板的厚度tm＝100nm。

三層金屬板的厚度均為t＝30nm。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明具有寬帶、對入射角度以及極化方向不敏感的特性，該基本單元的透射率為0；基本單元在475-592nm吸收率均大于95％，可達(dá)到完美吸波效果；入射角在±50°范圍內(nèi)，吸收率在工作頻段均大于80％；可吸收±40°內(nèi)的te、tm極化入射波，吸收率在工作頻段均大于90％。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的寬帶吸波器的側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明的超材料結(jié)構(gòu)相對于自由空間的特性阻抗參數(shù)；

圖3是本發(fā)明的超材料吸波器具有三層結(jié)構(gòu)、具有第一層與第三層金屬板的結(jié)構(gòu)以及具有第二層與第三層金屬板的結(jié)構(gòu)的不同吸收情況。

圖4為本發(fā)明提出的寬帶吸波器對入射角分別為0°與50°的te極化電磁波的吸收率；

圖5為本發(fā)明提出的寬帶吸波器對入射角分別為0°與50°的tm極化電磁波的吸收率；

圖6為本發(fā)明提出的寬帶吸波器對極化角分別為0°與40°的te極化電磁波的吸收率；

圖7為本發(fā)明提出的寬帶吸波器對入射角分別為0°與40°的tm極化電磁波的吸收率。

其中，1-金屬基板，2-介質(zhì)層，3-金屬板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

一種寬帶超材料吸波器，如圖1所示，包括金屬基板1、介質(zhì)層2以及包含在介質(zhì)層2中周期性分布的金屬板組合；介質(zhì)層2位于金屬基板1之上；金屬板組合包括三層不同邊長的正方形金屬板3，幾何中心在同一條豎直線上，三層金屬板3從下到上分別定義為第一層、第二層與第三層，第一層金屬板3位于介質(zhì)層2的表面，第二層和第三層金屬板3鑲嵌在介質(zhì)層2中。

介質(zhì)層2采用三氧化二鋁，金屬基板1及三層金屬板3采用金屬銀，金屬基板1的厚度tm＝100nm，正方形金屬板3的邊長由下到上依次為w1＝35nm，w2＝50nm，w3＝55nm，金屬板3的厚度為t＝30nm，金屬板3以及金屬基板1之間的距離由下到上依次為t1＝52nm，t2＝18nm，t3＝60nm，金屬板組合在介質(zhì)層2中周期性分布的周期p＝250nm。

對上述吸波器進(jìn)行特性阻抗的參數(shù)提取、吸波率參數(shù)的提取；

吸波器在工作頻段的特性阻抗參數(shù)提取的結(jié)果如圖2所示，由圖2可知，在工作頻段內(nèi)，阻抗實部接近于1，虛部接近于0，表示在工作波段中與空氣匹配良好。

對不同金屬板3的作用分析見圖3，由圖3可得，當(dāng)只含有第一層金屬板3與第三層金屬板3時，整個結(jié)構(gòu)吸收波段相比于三層金屬板3的吸波器結(jié)構(gòu)變?yōu)樯哉詾閷拵眨划?dāng)只含有第二層金屬板3與第三層金屬板3時，整個結(jié)構(gòu)吸收波段變?yōu)橐粋€吸收尖峰與一個窄帶吸收波段，說明第一層金屬板3使得吸收譜較為平坦，第二層金屬板3對吸收譜進(jìn)行了展寬，而第三層金屬板3與第一、二層相互作用，共同導(dǎo)致了整個吸波器的寬帶吸收譜。

不同角度te模式電磁波入射超材料吸波器吸收率如圖3所示。由圖4可得，在工作波段內(nèi)，當(dāng)入射角為50°時，吸收率仍能保持在80％以上。

不同角度tm模式電磁波入射超材料吸波器吸收率如圖4所示。由圖5可得，在工作波段內(nèi)，當(dāng)入射角為50°時，吸收率仍能保持在80％以上。

不同極化角te模式電磁波入射超材料吸波器吸收率如圖5所示。由圖6可得，在工作波段內(nèi)，當(dāng)極化角為40°時，吸收率仍能保持在90％以上。

不同極化角tm模式電磁波入射超材料吸波器吸收率如圖6所示。由圖7可得，在工作波段內(nèi)，當(dāng)極化角為40°時，吸收率仍能保持在90％以上。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種寬帶寬角度極化不敏感的超材料吸波器，本發(fā)明具有寬帶、對入射角度以及極化方向不敏感的特性，該基本單元的透射率為0；基本單元在475?592nm吸收率均大于95％，可達(dá)到完美吸波效果；入射角在±50°范圍內(nèi)，吸收率在工作頻段均大于80％；可吸收±40°內(nèi)的TE、TM極化入射波，吸收率在工作頻段均大于90％。

技術(shù)研發(fā)人員：藍(lán)天;劉品偉;王岱;倪國強
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.05
技術(shù)公布日：2017.09.29