基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器

1.本实用新型涉及吸波器技术领域，尤其涉及一种基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器。


背景技术：

2.太赫兹吸波器(terahertz absorber)是指在特定频率处吸收大部分入射的太赫兹波的能量，使得其几乎没有能量反射。太赫兹吸波器在电磁隐身、热辐射、传感、热成像和辐射热仪等方面具有非常大的潜在应用价值。因此太赫兹吸波器的发展至关重要。
3.传统的超材料吸波器只能在某固定的吸收率下工作，如需改变对电磁波的吸收率，则需重新设计和加工，成本增加，且为研究工作带来不便。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器，旨在解决传统的超材料吸波器只能在某固定的吸收率下工作的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器，包括多个太赫兹吸收器单元，多个所述太赫兹吸收器单元呈n
×
n 分布，n为自然数，相邻的所述太赫兹吸收器单元固定连接；
6.每个所述太赫兹吸收器单元包括介质层、温控层和基底层，所述介质层、所述温控层和所述基底层从上到下依次堆叠。
7.其中，所述温控层的材料为二氧化钒或锑化铟。
8.其中，所述基底层的材料为二氧化硅或硅。
9.其中，每个所述介质层均包括第一介质圆环和第二介质圆环，所述第二介质圆环设置于所述温控层的顶部，所述第一介质圆环套设于所述第二介质圆环的外侧，并位于所述温控层的顶部。
10.其中，所述第一介质圆环的圆心和所述第二介质圆环的圆心均位于基底层横切面对角线的交点处。
11.其中，所述基底层的长为110μm～130μm，宽为110μm～130μm，厚度为 10μm～20μm；
12.所述二氧化钒的厚度为0.3μm～0.5μm。
13.其中，所述介质层厚度为30μm～50μm；
14.所述第一介质圆环的外径为45μm～50μm，内径为30μm～35μm；
15.所述第二介质圆环外径为20μm～25μm，内径为5μm～10μm。
16.本实用新型的一种基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器与现有技术相比，其有益效果在于：通过给所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器加热，改变位于所述基底层顶部的所述温控层的物理性质，从而改变所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器的性能，实现对所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器吸收率的主动控制。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型实施例的太赫兹吸收器单元的结构示意图。
19.图2是本实用新型提供实施例的基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器的俯视图。
20.图3是本实用新型实施例的二氧化钒电阻率与温度的关系图。
21.图4是本实用新型实施例的基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器的吸收谱线图。
22.图5是本实用新型实施例的介质层圆环不同厚度时的吸收曲线图。
23.图6是本实用新型实施例的在调制二氧化钒过程中基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器的吸收谱线图。
24.1-太赫兹吸收器单元、2-正电极、3-负电极、4-加热电阻、11-介质层、12
‑ꢀ
温控层、13-基底层、112-第一介质圆环、113-第二介质圆环。
具体实施方式
25.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
26.请参阅图1至图6，本实用新型实施例提供了一种基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器，包括多个太赫兹吸收器单元1，多个所述太赫兹吸收器单元 1呈n
×
n分布，n为自然数，相邻的所述太赫兹吸收器单元1固定连接，每个所述太赫兹吸收器单元1包括介质层11、温控层12和基底层13，所述介质层 11、所述温控层12和所述基底层13从上到下依次堆叠。
27.通过给所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器加热，改变所述温控层12的物理性质，从而改变所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器的性能，实现对所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器吸收率的主动控制。
28.请参阅图2，本实施例通过加热装置对所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器进行加热，加热装置包括正电极2、负电极3和加热电阻4，正电极 2和负电极3通过加热电阻4连接，给加热装置的正电极2和负电极3施加电压，电流通过加热电阻4，加热电阻4产生大量焦耳热，从而对放置于电阻顶部的所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器进行加热。
29.具体的，所述温控层12的材料为二氧化钒或锑化铟。二氧化钒因为温度的改变产生相变，从而改变所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器的性能，实现通过控制温度的方式对吸波器进行主动控制。锑化铟因温度改变，其金属性增强或降低，也能实现通过控制温度的方式对吸波器进行主动控制。
30.在本实施例中，通过控制二氧化钒的温度，改变二氧化钒的性质。
31.所述二氧化钒的介电常数与drude模型一致，计算公式如下：
[0032][0033]
其中，ε
∞
＝12是二氧化钒在高频下的介电常数，是与电导率相关的等离子体频率，ω是角频率，γ是碰撞频率。此外，和σ正比于自由空间载流子密度。通过改变二氧化钒的温度可以改变其电导率从而改变其介电常数，可以等价为改变二氧化钒的电导率从而改变其介电常数，所以在σ处的等离子体频率可以近似写成表达式：
[0034][0035]
其中，σ0＝3000ω-1
cm-1
，ω
p
(σ0)＝1.4
×
10
15
rad/s，γ＝ 5.75
×
10
13
rad/s，该参量与σ无关。二氧化硅的相对介电常数近似为3.8。
[0036]
具体的，所述基底层13的材料为二氧化硅或硅，每个所述介质层11均包括第一介质圆环112和第二介质圆环113，所述第二介质圆环113设置于所述温控层12的顶部，所述第一介质圆环112套设于所述第二介质圆环113的外侧，并位于所述温控层12的顶部，所述第一介质圆环112的圆心和所述第二介质圆环113的圆心均位于基底层13横切面对角线的交点处，所述基底层13的长为 110μm～130μm，宽为110μm～130μm，厚度为10μm～20μm，所述二氧化钒的厚度为0.3μm～0.5μm，所述介质层11厚度为30μm～50μm，所述第一介质圆环112的外径为45μm～50μm，内径为30μm～35μm，所述第二介质圆环外径为20μm～25μm，内径为5μm～10μm。
[0037]
在本实施例中，所述基底层13的横切面为正方形，有利于多个单元结构进行排列。所述介质层11和所述温控层12均设计为对称结构，使得所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸收器具有极化方向不敏感特性，对于不同方向的波具有相同的吸收效果，全介质材料的选取，损耗低，稳定性高，高吸收。
[0038]
对于太赫兹吸波器性能一般用吸收率和调制深度评估。
[0039]
吸收率与反射率和传输率关系如下：
[0040]
a(ω)＝1-r(ω)-t(ω)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0041]
调制深度公式为：
[0042]
md＝(|a
max-a
min
|)/(|a
max
a
min
|)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0043]
其中r(ω)、t(ω)分别为反射率和透射率，a
max
、a
min
分别是初始状态时中心频率的吸收率和调制后中心频率的吸收率。
[0044]
由图4可看出，所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸波器在2.57thz 处反射和透射达到最低，吸收率达到最高，吸收率达到99.80％。
[0045]
由图5可看出，所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸波器在介质层11圆环厚度分别为15μm、25μm、35μm、45μm、55μm时的吸收曲线，当厚度为35μm时，吸收率可达到最大值。
[0046]
由图6可看出，所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸波器在不同温度的情况下即在不同的二氧化钒电导率的情况下的吸收曲线图，不同电导率情况下的介电常数不
同，因此吸收曲线也不同。当电导率为2000ω-1
cm-1
时，所述基于复合型全介质的温度可调太赫兹吸波器在2.57thz处的吸收率达99.80％，当电导率下降，吸收率也随着下降，当电导率为10ω-1
cm-1
时，2.57thz处的吸收率下降为14.80％，调制深度为74.17％，从而实现温控功能。
[0047]
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。