一种基于VO制造技术

本发明专利技术公开了一种基于VO

【技术实现步骤摘要】
一种基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器及吸收装置
本专利技术属于太赫兹波
，具体涉及一种基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器及吸收装置。
技术介绍
太赫兹波的波段介于毫米波段和远红外波段之间，具体是指频率在0.1THz～10THz、波长在0.03mm～3mm范围内的电磁波，属于宏观电子学向微观光子学的过渡研究领域。太赫兹波具有独特的瞬态性、低能性、高穿透性和抗干扰能力，在无线通信、生物医学、成像以及传感器等多个领域都具有广阔的应用前景。太赫兹波吸收器可用于太赫兹波的传感、探测、调控等，在太赫兹技术应用中扮演着十分重要的角色。其中，太赫兹波吸收器主要由可吸收太赫兹波的超材料组成。这里说的超材料又称人工电磁材料，能产生一些自然材料所不具有的现象，如负折射率现象、逆多普勒现象等。通过对超材料的微结构单元进行特定的结构设计，可以实现所需要的特定功能。二氧化钒VO2是一种金属-绝缘相变(Metal-InsulatorTransition,MIT)材料，具有在温度、电、光等激励条件下，材料电阻率、晶体结构发生变化的特性；在光开关、光存储、半导体、储能等领域具有广泛的研究与应用。因此，现有技术中，已经出现了利用VO2的相变特性实现太赫兹波吸收器的吸收开关可控的先例。然而，现有的基于VO2的太赫兹波吸收器大多结构复杂，如螺旋结构、超多层结构等，更为主要的是现有的基于VO2的太赫兹波吸收器大多存在吸收带宽窄、吸收率低，吸收杂峰多的问题。例如，文献“Broadbandtunableterahertzabsorberbasedonvanadiumdioxidemetamaterials”公开了一种基于VO2超材料的宽带可调太赫兹波吸收器，其由三层结构组成，底层为一层VO2薄膜；虽然该太赫兹波吸收器的结构相对简单，但是该太赫兹波吸收器的吸收带宽非常窄，只有0.33THz。文献“AbroadbandandswitchableVO2-basedperfectabsorberattheTHzfrequency”公开了一种在太赫兹频率范围内基于VO2的宽带可调完美吸收器，其由六层结构组成，其中有两层结构的材料是VO2；然而，在如此复杂的结构下，该太赫兹波吸收器有超过90％的吸收率所对应的吸收带宽仍小于0.2THz。申请号为201310112820.5的中国专利技术专利申请公开了一种开关可控的太赫兹波超材料完美吸收器，包括衬底、二氧化钒相变层、介质层和金属谐振层共4层结构。其中，二氧化钒相变层呈薄膜状，是作为反射层来使用的；然而，该太赫兹波吸收器在二氧化钒处于金属相时有两个窄带吸收峰，不具备宽带吸收效果，且其中一个吸收峰的吸收率较低，小于60％；另外，该太赫兹波吸收器在二氧化钒处于绝缘相时，在2THz到3THz范围内的吸收率会逐渐从0％增加到20％以上，并不能很好的关闭太赫兹吸收器的太赫兹波吸收功能。
技术实现思路
为了提高开关型太赫兹波吸收器的吸收带宽和吸收率，且不增加开关型太赫兹波吸收器的设计与制备难度，本专利技术提供了一种基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器及吸收装置。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器，包括：多个呈矩阵形式排列的微结构单元；所述微结构单元包括：相变材料层、介质层和反射层；所述相变材料层位于所述介质层的上表面，所述反射层位于所述介质层的下表面；所述相变材料层包括：4个呈矩阵形式排列的L形VO2贴片；所述L形VO2贴片中间镂空，镂空图案为按比例缩小的L形；其中，所述L形VO2贴片的两个长臂向所述相变材料层的边沿方向延伸，任意两个相邻的L形VO2贴片呈镜像对称。优选地，所述长臂的长度为18μm～28μm，宽度为11μm～17μm，厚度为0.2μm～1μm；所述镂空图案的外边沿距离所述L形VO2贴片的外边沿的宽度为3μm～6μm。优选地，每个所述微结构单元中，任意两个相邻的L形VO2贴片之间的距离为10μm～18μm。优选地，所述相变材料层的外边沿不超出所述介质层的边沿，且与所述介质层的边沿之间的距离不小于2μm。优选地，所述介质层采用相对介电常数在(2，4)之间的、电损耗正切小于0.01的非导电材料制成。优选地，所述非导电材料包括：聚酰亚胺或苯并环丁烯BCB。优选地，所述介质层呈正方形结构，所述正方形结构的边长为32μm～38μm，厚度为8μm～12μm。优选地，所述反射层的材质包括：金、铜或铝。优选地，所述反射层的厚度为0.1μm～1μm。第二方面，本专利技术提供了一种基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收装置，包括：上述的任一种基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器和温度调控模块；所述温度调控模块，用于调控所述开关型宽带太赫兹波吸收器中的相变材料层的温度，以控制所述相变材料层的相变状态；其中，当所述相变材料层处于金属相时，所述开关型宽带太赫兹波吸收器的太赫兹波吸收功能开启，当所述相变材料层处于绝缘相时，所述开关型宽带太赫兹波吸收器的太赫兹波吸收功能关闭。本专利技术提供的基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器中，相变材料层由一层具有特殊结构的VO2组成；常温下VO2处于绝缘相时，太赫兹波穿过相变材料层被反射层完全反射，此时该开关型宽带太赫兹波吸收器的反射率几乎为100％，吸收率几乎为0。当温度T升高到约350K时，VO2处于金属相，相变材料层形成一个金属谐振层；该金属谐振层特定的结构可与太赫兹波耦合使得太赫兹波进入介质层并被束缚在里面，基于该金属谐振层与反射层之间形成反向的感应电流，令介质层中产生磁偶极子谐振，磁谐振消耗了束缚在介质层中太赫兹波的能量，使得本专利技术提供的开关型宽带太赫兹波吸收器在工作带宽下的太赫兹波段吸收率达到90％以上，在特定的太赫兹频率处的吸收率可达到99％，呈现出全吸收的状态。由此，本专利技术实现了一种具有高吸收率的开关型宽带太赫兹波吸收器，其不仅可以用作宽带的吸收器，也可以用作宽带的反射器。并且，本专利技术提供的基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器具有3层结构，相较于现有的螺旋结构、超多层结构而言，本专利技术提供的开关型宽带太赫兹波吸收器的结构较为简单；更进一步的，本专利技术中，用于谐振的相变材料层仅使用了VO2一种材料制成，相较于现有技术中采用金属加半导体或金属加石墨烯两种材料制备谐振层的太赫兹波吸收器而言，本专利技术提供的开关型宽带太赫兹波吸收器的结构更为简单。因此，本专利技术提供的基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器的设计与制备难度低。另外，由于本专利技术中的相变材料层的结构具有旋转对称性，故对入射的太赫兹波是偏振不敏感的。同时，本专利技术提供的基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器，还具有宽入射角度的吸收特性。因此，本专利技术提供的基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器在宽角度和不同偏振入射下仍保持良好的吸收特性。以下将结合附图及对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于VO2的开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VO

【技术特征摘要】
1.一种基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器，其特征在于，包括：多个呈矩阵形式排列的微结构单元；
所述微结构单元包括：相变材料层、介质层和反射层；所述相变材料层位于所述介质层的上表面，所述反射层位于所述介质层的下表面；
所述相变材料层包括：4个呈矩阵形式排列的L形VO2贴片；所述L形VO2贴片中间镂空，镂空图案为按比例缩小的L形；其中，所述L形VO2贴片的两个长臂向所述相变材料层的边沿方向延伸，任意两个相邻的L形VO2贴片呈镜像对称。


2.根据权利要求1所述的基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器，其特征在于，
所述长臂的长度为18μm～28μm，宽度为11μm～17μm，厚度为0.2μm～1μm；
所述镂空图案的外边沿距离所述L形VO2贴片的外边沿的宽度为3μm～6μm。


3.根据权利要求1所述的基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器，其特征在于，每个所述微结构单元中，任意两个相邻的L形VO2贴片之间的距离为10μm～18μm。


4.根据权利要求1所述的基于VO2的开关型宽带太赫兹波吸收器，其特征在于，所述相变材料层的外边沿不超出所述介质层的边沿，且与所述介质层的边沿之间的距离不小于2μm。


5.根据权利要求1所述的基于VO2的开关型宽带太赫...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，吴晓婷，刘驰，何瑞，李育政，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：云南;53