一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器

本发明涉及光学超材料，特别涉及一种截止吸收器。

背景技术：

1、超材料是由一系列精心布置的亚波长工程结构构成的，表现出许多天然材料所没有的独特电磁现象和物理特性，并在天线设计，隐身技术，太阳能电池，传感器等领域有着广泛应用。近年来，随着光学技术的飞速发展，对光的精准调控成为研究热点。传统的吸收材料往往存在吸收效率低、带宽窄、体积大等问题。超材料作为一种，通过精确调控光与物质的相互作用，展现出了卓越的光学性能调控能力。然而，现有的超表面吸收器在特定应用场景下，如需要实现光的完美截止与吸收时，仍面临诸多挑战。

2、在许多应用中，需要在吸收带和非吸收带之间有明显的吸收截止。截止吸收效率可表示为消光比er = 10*log (aa/an) db，其中aa为吸收带内的最小吸收，an为非吸收带内的最大吸收；消光差ed = aa-an；截止斜率cs = (aa-an)/(λa-λn)，其中λa为吸收带内的最大波长/最小波长，λn为非吸收带内的最小波长/最大波长。理想情况下，er、ed和cs应尽可能大；这些工作在宽带吸收体领域取得了巨大进展，但没有考虑截止效率，而截止效率在应用中很重要。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，为滤过940nm以下波长的光以获得ipl提供了一种有效的方法。

2、本发明的目的是这样实现的：一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，包括生长在二氧化硅衬底上的薄膜，所述薄膜上设有纳米十字和纳米圆环组成的装配体阵列，单个纳米十字和单个纳米圆环组成单个装配体，多个装配体形成阵列；所述纳米十字包括形成于薄膜上的si纳米十字和形成于si纳米十字上的gaas纳米十字，所述纳米圆环为gaas纳米圆环，gaas纳米圆环包围gaas纳米十字设置。

3、进一步的，所述衬底为正方形，所述薄膜均匀生长在衬底上，其边长与阵列周期p保持一致。

4、进一步的，所述薄膜为正方形铝膜，铝膜的边长与阵列周期保持一致。

5、进一步的，所述si纳米十字的高度为h1=50-60nm，长度为11=200-220nm，宽度为w1=20-25nm。

6、进一步的，所述gaas纳米十字的高度为h2=100-110nm，长度为l2=245-250nm，宽度w2=30-35nm。

7、进一步的，所述gaas纳米圆环的高度h3=75-80nm，外环半径为r1=142-146nm，内环半径为r2=126-136nm。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明在200-690nm之间的波长带（吸收带）中平均吸收为0.967，吸收从690nm波长处的0.941急剧下降到940nm波长处的0.095，在非吸收带940-20000nm波段内平均吸收率仅为0.012；其中消光比er为9.725db，消光差ed为0.793，截止斜率cs为0.233 nm-1；结构中，二氧化硅作为基底支撑结构，铝作为反射层阻止光投射；硅和砷化镓都作为吸收材料，通过改变其结构和尺寸，实现在制定波段的共振从而产生高吸收；而在其他波段，由于其参数不满足共振条件因而无法实现强共振，也就无法实现高吸收。

技术特征：

1.一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，其特征在于，包括生长在二氧化硅衬底上的薄膜，所述薄膜上设有纳米十字和纳米圆环组成的装配体阵列，单个纳米十字和单个纳米圆环组成单个装配体，多个装配体形成阵列；所述纳米十字包括形成于薄膜上的si纳米十字和形成于si纳米十字上的gaas纳米十字，所述纳米圆环为gaas纳米圆环，gaas纳米圆环包围gaas纳米十字设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，其特征在于，所述衬底为正方形，所述薄膜均匀生长在衬底上，其边长与阵列周期p保持一致。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，其特征在于，所述薄膜为正方形铝膜，铝膜的边长与阵列周期保持一致。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，其特征在于，所述si纳米十字的高度为h1=50-60nm，长度为11=200-220nm，宽度为w1=20-25nm。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，其特征在于，所述gaas纳米十字的高度为h2=100-110nm，长度为l2=245-250nm，宽度w2=30-35nm。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，其特征在于，所述gaas纳米圆环的高度h3=75-80nm，外环半径为r1=142-146nm，内环半径为r2=126-136nm。

技术总结
本发明公开了光学超材料技术领域内的一种基于纳米十字型结构的超表面截止吸收器，包括生长在二氧化硅衬底上的薄膜，薄膜上设有纳米十字和纳米圆环组成的装配体阵列，单个纳米十字和单个纳米圆环组成单个装配体，多个装配体形成阵列；纳米十字包括形成于薄膜上的Si纳米十字和形成于Si纳米十字上的GaAs纳米十字，纳米圆环为GaAS纳米圆环，GaAS纳米圆环包围GaAs纳米十字设置，本发明为滤过940nm以下波长的光以获得IPL提供了一种有效的方案。

技术研发人员：方慕义,钱沁宇,陈海涛,王钦华
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17