多波段超表面吸收器

1.本发明多波段超表面吸收器涉及纳米级超表面吸收器技术领域。


背景技术：

2.表面等离子体是金属表面存在的自由振动的电子和光子相互作用的沿着金属-介质-金属传播的一种特殊的电磁波，在金属表面处场强最大，在垂直于界面方向呈指数衰减，并且具有操控光的功能。
3.随着科技的不断发展，基于表面等离子体纳米结构的吸收器受到了越来越多的科研人员的关注，其中如何最大程度的提高光的吸收率是重中之重。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种多波段超表面吸收器，该多波段超表面吸收器结构简单，便于制作。
5.本发明的目的是这样实现的：多波段超表面吸收器，由基底层、介质层、底层银圆环、中层圆环介质层和顶层银圆环组成；所述矩形介质层紧贴于基底层上方，矩形金属层上设置有底层银圆环，所述底层银圆环上覆盖有中层圆环介质层，所述中层圆环介质层上覆盖有顶层银圆环。
6.上述多波段超表面吸收器，，所述基底层为硅材料，所述介质层为二氧化硅材料，所述底层银圆环为银材料，所述中层圆环介质层为二氧化硅材料，所述顶层银圆环为银材料。
7.上述多波段超表面吸收器，底层银圆环和中层圆环介质层结构参数相同；或/和中层圆环介质层和顶层银圆环结构参数相同。
8.上述多波段超表面吸收器，所述基底层的结构参数为500nm
×
500nm
×
100nm；所述介质层的结构参数为500nm
×
500nm
×
200nm。
9.进一步地，所述底层银圆环的高度为35nm，外圆直径为100nm，内圆直径为20nm。
10.所述中层圆环介质层的高度为35nm，外圆直径为100nm，内圆直径为20nm。
11.所述顶层银圆环的高度为35nm，外圆直径为100nm，内圆直径为20nm。
12.有益效果：第一、本发明多波段超表面吸收器采用了底层银圆环、中层圆环介质层和顶层银圆环的三层结构，即采用了银层-二氧化硅层-银层的三层结构，同单层银结构相比，因为正好满足表面等离子体沿着金属-介质-金属的传播条件，所以吸收效果更好。
13.第二、在本发明多波段超表面吸收器中，底层银圆环、中层圆环介质层和顶层银圆环分别采用银材料、二氧化硅材料和银材料，这些材料不仅在现实生活中常见，而且无复杂结构，集成度高，便于加工。
附图说明
14.图1为本发明多波段超表面吸收器的三维模型结构图。
15.图2为本发明多波段超表面吸收器各参数定义示意图。
16.图3为改变超表面细胞单元的周期边界px得到的透射率曲线。
17.图4为改变超表面细胞单元的周期边界py得到的透射率曲线。
18.图5为改变超表面细胞单元中的圆环的外直径d1得到的透射率曲线。
19.图6为改变超表面细胞单元中的圆环的内直径d2得到的透射率曲线。
20.图7为改变超表面细胞单元中的圆环的高度h1得到的透射率曲线。
21.图8为同厚度单层银介质的透射率曲线。
22.图中：1基底层、2介质层、3底层银圆环、4中层圆环介质层、5顶层银圆环。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细介绍。
24.具体实施方式一以下是本发明多波段超表面吸收器的具体实施方式。
25.该具体实施方式下的多波段超表面吸收器，三维模型结构图如图1所示，该多波段超表面吸收器由基底层1、介质层2、底层银圆环3、中层圆环介质层4和顶层银圆环5组成；所述矩形介质层2紧贴于基底层1上方，矩形金属层2上设置有底层银圆环3，所述底层银圆环3上覆盖有中层圆环介质层4，所述中层圆环介质层4上覆盖有顶层银圆环5。
26.所述基底层1为硅材料，所述介质层2为二氧化硅材料，所述底层银圆环3为银材料，所述中层圆环介质层4为二氧化硅材料，所述顶层银圆环5为银材料。
27.具体实施方式二以下是本发明多波段超表面吸收器的具体实施方式。
28.该具体实施方式下的多波段超表面吸收器，在具体实施方式一的基础上，进一步限定：底层银圆环3、中层圆环介质层4和顶层银圆环5结构参数相同。
29.具体实施方式三以下是本发明多波段超表面吸收器的具体实施方式。
30.该具体实施方式下的多波段超表面吸收器，在具体实施方式二的基础上，进一步限定：所述基底层1的结构参数为500nm
×
500nm
×
100nm；所述介质层2的结构参数为500nm
×
500nm
×
200nm；所述底层银圆环3、中层圆环介质层4和顶层银圆环5的结构参数相同，高度为35nm，外圆直径为100nm，内圆直径为20nm。
31.具体实施方式四以下是本发明多波段超表面吸收器在不同参数下性能的仿真实施例。
32.在本实施方式下的仿真环节，底层银圆环3、中层圆环介质层4和顶层银圆环5的结构参数相同，并定义：h1为底层银圆环3、中层圆环介质层4和顶层银圆环5的高度；h2为介质层2的高度；h3为基底层1的高度；d1为底层银圆环3、中层圆环介质层4和顶层银圆环5的外圆直径；
d2为底层银圆环3、中层圆环介质层4和顶层银圆环5的内圆直径；px为x方向的超表面周期；py为y方向的超表面周期；如图2所示；光源由上至下垂直入射，即按照顶层银圆环5、中层圆环介质层4、底层银圆环3的方向如何，并利用fdtd进行仿真计算，仿真结果如下：仿真一、在保持h1=35nm，h2=200nm，h3=100nm，d1=100nm，d2=20nm，py=500nm不变的情况下，超表面的周期px以10nm的步长由470nm增加到500nm，由图3可知，超表面的细胞单元的长度增大，fr1出现红移。
33.仿真二、在保持h1=35nm，h2=200nm，h3=100nm，d1=100nm，d2=20nm，px=500nm不变的情况下，超表面的周期py以10nm的步长由470nm增加到500nm，由图4可知，超表面的细胞单元的长度增大，fr1出现红移。
34.仿真三、在保持h1=35nm，h2=200nm，h3=100nm，d2=20nm，px=500nm，py=500nm不变的情况下，超表面细胞单元中圆环的外直径d1以10nm的步长由100nm增加到120nm，由图5可知，随着d1的增加fr1与fr2均发生了明显的红移。
35.仿真四、在保持h1=35nm，h2=200nm，h3=100nm，d1=100nm，px=500nm，py=500nm不变的情况下，超表面细胞单元中圆环的内直径d2以5nm的步长由10nm增加至20nm，由图6可知，随着d2的增加，fr1保持不变，fr2发生明显的红移。
36.仿真五、在保持h2=200nm，h3=100nm，d1=100nm，d2=20nm，px=500nm，py=500nm不变的情况下，超表面细胞单元中圆环的高度h1以2.5nm的步长由30nm增加至35nm，由图7可知，随着h1的增加，fr1发生轻微的红移，fr2发生明显的红移。
37.仿真六、在保持h2=200nm，h3=100nm，d1=100nm，d2=20nm，px=500nm，py=500nm不变的情况下，去掉中间的中层圆环介质层4和顶层银圆环5，留下基底层1，介质层2和底层银圆环3，并使底层银圆环3的高度h1增加到105nm，使其与三层结构的高度一样，得到的透射光谱图如图8所示，可以发现单层银的透射峰比三层结构的透射峰更宽并且少一个峰，这是由于银层-二氧化硅层-银层正好满足金属-介质-金属表面等离子体的传播条件，这使得本发明比单层银结构具有更好的吸收性且可以产生更多的透射峰。