超表面红外窄带吸收器及其制造方法

本发明涉及超材料吸收器，具体而言，涉及一种超表面红外窄带吸收器和所述超表面红外窄带吸收器的制造方法。

背景技术：

1、超表面是具有排列的亚波长尺寸单元的人工材料，可以实现对电磁波幅值、相位、频率、偏振的调控。

2、中红外波段通常指2-25微米范围内的红外辐射，又被称为热红外或发射红外，由于绝大多数有机物和无机物在中红外波段内均有强烈的吸收峰，因此，中红外波段的窄带吸收器可以用于气体检测、成像和探测，在军事、环境检测、医学研究等场景具有重要的应用价值。

3、相关技术中的红外窄带吸收器采用金属超表面、介质、金属的三层结构，利用金属表面等离激元共振实现。然而，该方式吸收带宽通常较大，品质因数(q值)较低。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种超表面红外窄带吸收器，该超表面红外窄带吸收器能够实现红外窄带吸收，具有品质因数高、加工兼容性好等优点。

2、本发明还提出一种所述超表面红外窄带吸收器的制造方法。

3、为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种超表面红外窄带吸收器，所述超表面红外窄带吸收器包括：基底层，所述基底层包括基底和设在所述基底上表面的金属反射层，所述金属反射层适于反射红外线；功能层，所述功能层包括支撑层和设在所述支撑层下表面的金属超表面层，所述支撑层的中部设有沿上下方向贯通所述支撑层的过口，所述金属超表面层包括功能区域和边缘区域，所述功能区域在水平方向上位于所述边缘区域内侧，所述功能区域设有超表面结构，所述超表面结构包括多个沿厚度方向贯通所述金属超表面层的亚波长尺寸通孔，所述支撑层与所述边缘区域在上下方向上相对，所述过口与所述功能区域在上下方向上相对，所述功能区域在上下方向上的投影位于所述金属反射层内；键合层，所述键合层位于所述基底层和所述功能层之间且所述基底层和所述功能层通过所述键合层键合连接，所述键合层的中部具有沿上下方向贯通所述键合层的避让口，所述功能区域在上下方向上的投影位于所述避让口内，所述金属超表面层和所述金属反射层通过所述键合层间隔开以在所述金属超表面层和所述金属反射层之间形成谐振腔。

4、根据本发明实施例的超表面红外窄带吸收器，能够实现红外窄带吸收，具有品质因数高、加工兼容性好等优点。

5、另外，根据本发明上述实施例的超表面红外窄带吸收器还可以具有如下附加的技术特征：

6、根据本发明的一个实施例，所述超表面结构构造为多个所述亚波长尺寸通孔在所述功能区域内阵列排布。

7、根据本发明的一个实施例，所述亚波长尺寸通孔为矩形孔、圆形孔或十字形孔。

8、根据本发明的一个实施例，所述金属超表面层在上下方向上的厚度大于等于50纳米，所述金属反射层在上下方向上的厚度大于等于50纳米，所述功能区域的水平方向长度为100微米-1厘米，所述功能区域的水平方向宽度为100微米-1厘米。

9、根据本发明的一个实施例，所述支撑层在上下方向上的厚度为200-500微米，所述基底的水平方向长度为5毫米-50毫米，所述基底的水平方向宽度为5毫米-50毫米，所述键合层在上下方向上的厚度为2-20微米。

10、根据本发明的一个实施例，所述金属反射层和所述金属超表面层为金材料层、银材料层、铜材料层或铝材料层。

11、根据本发明的一个实施例，所述金属反射层和所述基底之间以及所述金属超表面层与所述支撑层之间具有粘附层，所述粘附层为铬材料层或钛材料层。

12、根据本发明的一个实施例，所述键合层为光刻胶、光学胶带或光敏聚合物。

13、根据本发明的第二方面的实施例提出一种根据本发明的第一方面的实施例所述的超表面红外窄带吸收器的制造方法，包括以下步骤：

14、s1、提供功能层衬底，在功能层衬底上形成金属超表面层；

15、s2、在所述金属超表面层上制备保护层，在所述功能层衬底上通过光刻和刻蚀加工出所述过口以得到所述支撑层；

16、s3、通过湿法腐蚀和干法刻蚀去除所述保护层，得到所述功能层；

17、s4、在所述基底上蒸镀所述金属反射层形成所述基底层，通过所述键合层键合连接所述功能层和所述基底层，得到所述超表面红外窄带吸收器。

18、根据本发明实施例的超表面红外窄带吸收器的制造方法，能够实现红外窄带吸收，具有品质因数高、加工兼容性好等优点。

19、根据本发明的一个实施例，在步骤s3和s4之间还包括：在所述基底上通过旋涂的方式制备所述键合层，通过调整旋涂的转速和时间调整所述键合层的厚度。

20、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种超表面红外窄带吸收器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超表面红外窄带吸收器，其特征在于，所述超表面结构构造为多个所述亚波长尺寸通孔在所述功能区域内阵列排布。

3.根据权利要求1所述的超表面红外窄带吸收器，其特征在于，所述亚波长尺寸通孔为矩形孔、圆形孔或十字形孔。

4.根据权利要求1所述的超表面红外窄带吸收器，其特征在于，所述金属超表面层在上下方向上的厚度大于等于50纳米，所述金属反射层在上下方向上的厚度大于等于50纳米，所述功能区域的水平方向长度为100微米-1厘米，所述功能区域的水平方向宽度为100微米-1厘米。

5.根据权利要求1所述的超表面红外窄带吸收器，其特征在于，所述支撑层在上下方向上的厚度为200-500微米，所述基底的水平方向长度为5毫米-50毫米，所述基底的水平方向宽度为5毫米-50毫米，所述键合层在上下方向上的厚度为2-20微米。

6.根据权利要求1所述的超表面红外窄带吸收器，其特征在于，所述金属反射层和所述金属超表面层为金材料层、银材料层、铜材料层或铝材料层。

7.根据权利要求1所述的超表面红外窄带吸收器，其特征在于，所述金属反射层和所述基底之间以及所述金属超表面层与所述支撑层之间具有粘附层，所述粘附层为铬材料层或钛材料层。

8.根据权利要求1所述的超表面红外窄带吸收器，其特征在于，所述键合层为光刻胶、光学胶带或光敏聚合物。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的超表面红外窄带吸收器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的超表面红外窄带吸收器的制造方法，其特征在于，在步骤s3和s4之间还包括：

技术总结
本发明公开了一种超表面红外窄带吸收及其制造方法，超表面红外窄带吸收器包括：基底层，基底层包括基底和设在基底上表面的金属反射层；功能层，功能层包括支撑层和金属超表面层，支撑层的中部过口，金属超表面层包括功能区域和边缘区域，功能区域设有超表面结构，超表面结构包括多个沿厚度方向贯通金属超表面层的亚波长尺寸通孔；键合层，键合层位于基底层和功能层之间且基底层和功能层通过键合层键合连接，键合层的中部具有避让口，金属超表面层和金属反射层通过键合层间隔开以在金属超表面层和金属反射层之间形成谐振腔。根据本发明实施例的超表面红外窄带吸收器能够实现红外窄带吸收，具有品质因数高、加工兼容性好等优点。

技术研发人员：张高飞,赵晓光,王夏禹,黄晨航,尤政
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/28