一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件制造技术

本申请提出一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件。该超宽带光学透明微波吸收器件为复合层结构，从上往下依次为电阻膜、第一介质层、频率选择表面结构层、第二介质层和金属网格衬底。利用金属网格衬底的电磁屏蔽原理实现了器件的光学透明化，利用频率选择表面结构层实现在特定频段具的强吸收能力，通过引入相干完美吸收在高反射频率处实现连续超宽带的高吸收。将相干完美吸收和传统的频率选择性吸收相结合，极大地拓展了器件的吸收带宽。具有结构简单、制备方便、光学透明度高、微波吸收性能强等优点。避免器件体积大、光学与微波性能兼容性差等缺点。微波性能兼容性差等缺点。微波性能兼容性差等缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件


[0001]本申请属于光学领域，具体涉及一种微波吸收器件。

技术介绍

[0002]随着科学技术的快速发展，电磁波被广泛地应用于各个领域，成为我们日常生活和工作中必不可缺的一部分。但是不可避免的会产生电磁辐射和干扰，从而导致电磁环境的恶化，对我们的生产生活造成一系列的影响。为解决电磁污染问题，研究人员已开展了大量的研究，其中吸波材料就是一种有效的手段。同时，在军用飞机、科研设备和医疗仪器等领域，吸波材料还需要具备光学透明的特性。因此需要朝更轻、更薄、更宽、光学透明的方向对吸波材料进行不断地探索。
[0003]传统的吸波材料由于其吸收机理的限制，无法满足当前实际应用对吸波材料“轻、薄、宽”等目标的需求。传统的吸波材料可以根据加工工艺的不同分为涂覆型和结构型两种，但他们都存在一个致命的缺陷，需要不断增加材料的厚度才能得到更好地吸收性能。
[0004]而超材料吸波结构基本上都是由金属结构、电介质层和金属底组成的，几乎都是不透明的，因此它们都无法满足实际应用中对高光学透过率的要求。
[0005]传统吸波材料中，涂覆型吸波材料就是将吸收剂和粘连剂混合在一起后形成的一种混合涂料，将其涂覆在目标物体的表面就可形成吸波涂层，从而实现对电磁波的吸收。其中，常见的吸收剂有铁氧体、纳米粒子、多晶铁纤维、手征性材料和导电高分子等等。而结构型吸波材料主要是利用多重反射和干涉效应的谐振型吸波材料和角锥吸波材料。谐振型吸波材料由于不满足阻抗匹配条件，需要有一层厚度为四分之一吸收波长λ0的介质层(空气或其他相对介电常数接近1的介质)来提供破坏性干涉，因此也被称为λ0/4吸波材料，包括Dallenbach吸收屏、Salisbury吸收屏和Jaumann吸收体。角锥吸波材料是一种典型的结构型吸波材料，通常被应用在吸波暗室当中。通过角锥这种从上到下逐渐变大的形状使得空气和吸波材料两者间的阻抗也逐渐匹配，继而通过材料对电磁波的损耗实现吸收。因此，普遍厚度较大。
[0006]2014年，Bhattacharyya等人设计了一种三频带的超材料吸波结构，由三个不同大小的金属谐振圆环构成，在一个周期中，三个不同尺寸的金属圆环相互嵌套，分别在5.50GHz、9.52GHz和13.80GHz频率处产生谐振，获得94.1％、99.6％和99.4％的吸收，实现了多个频带的吸收。由于周期的尺寸限制和不同谐振单元之间的耦合作用，这些吸收峰的数量是有限且相互独立的，因此难以将他们连接起来形成一个连续宽带的吸收。
[0007]综上所述，现有技术的主要缺陷在于：器件厚度大，吸收带宽窄，光学透过率低，高光学透过率和强微波吸收能力无法很好兼容。

技术实现思路

[0008]为解决上述存在的缺陷，本申请提出一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件，解决了强微波吸收和高光学透过率之间不能兼容的问题。
[0009]为实现上述目的本申请采取如下技术方案：
[0010]一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件，为复合层结构，从上往下依次为电阻膜、第一介质层、频率选择表面结构层、第二介质层和金属网格衬底。
[0011]作为优选，所述频率选择表面结构层由微纳金属网格构成，微纳金属网格线宽介于0.5～5μm，厚度应大于电磁波的趋肤深度。
[0012]作为优选，所述频率选择表面结构层表面设置为图案化网格单元。
[0013]作为优选，第一介质层及第二介质层的材质分别采用PET，
[0014]作为优选，第一介质层及第二介质层其厚度均介于0.5～5mm，相对介电常数均介于3.0～3.8。
[0015]作为优选，所述电阻膜阻值介于377～1500Ω。
[0016]作为优选，所述金属网格衬底的材质为金、银、铜、铁、铝或镍之一。
[0017]作为优选，金属网格衬底的线宽介于0.5～5μm，厚度介于5～10μm，厚度应大于电磁波的趋肤深度。
[0018]有益效果
[0019]本申请提出一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件，具有超宽带高吸收、高光学透明性等优点，同时该吸收器件尺寸小，厚度薄，易于集成和制作，实现电磁干扰的吸收。解决了强微波吸收和高光学透过率之间不能兼容的问题。
附图说明
[0020]图1为本申请实施例的超宽带光学透明微波吸收器件示意图；
[0021]图2为本申请实施例的超宽带光学透明微波吸收器件的三维示意图；
[0022]图3为本申请实施例的频率选择表面结构层的图案化网格单元示意图；
[0023]图4为本申请实施例的金属网格衬底示意图；
[0024]图5为本申请实施例的超宽带光学透明微波吸收器件的微波吸收率图；
[0025]图6为本申请实施例的超宽带光学透明微波吸收器件的光学透过率图；
[0026]其中：1为电阻膜，2为第一介质层，3为频率选择表面结构层，4为第二介质层，5为金属网格衬底。
具体实施方式
[0027]下面结合附图及实施例对本申请做进一步描述：
[0028]本申请提出一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件。该超宽带光学透明微波吸收器件为复合层结构，从上往下依次为电阻膜、第一介质层、频率选择表面结构层、第二介质层和金属网格衬底。利用金属网格衬底的电磁屏蔽原理实现了器件的光学透明化，利用频率选择表面结构层实现在特定频段具的强吸收能力，通过引入相干完美吸收在高反射频率处实现连续超宽带的高吸收。将相干完美吸收和传统的频率选择性吸收相结合，极大地拓展了器件的吸收带宽。具有结构简单、制备方便、光学透明度高、微波吸收性能强等优点。避免器件体积大、光学与微波性能兼容性差等缺点。
[0029]该超宽带光学透明微波吸收器件的工作原理：
[0030]该器件的分为上下两个部分：上半部分由电阻膜及第一介质层组成，其中电阻膜
的方阻为R
s
Ω；下半部分由频率选择表面结构层、第二介质层和金属网格衬底组成；下半部分的频率选择表面结构层、第二介质层和金属网格衬底形成谐振腔，谐振腔可以在特定频率处产生选择性震荡吸收。上半部的电阻膜能在零相位反射处实现相干完美吸收的同时保证频率选择性吸收不受太大影响，器件整体能在一个连续的宽频段内实现高的吸收。
[0031]对于相干完美吸收，电磁波在照射到电阻膜时分别以t和r发生透反射现象，同时透过电阻膜的电磁波会在电阻膜与谐振腔之间产生多次反射。每次电磁波在谐振腔上的反射都存在一个的相位延迟，且反射率为100％。每次电磁波通过电阻膜时，由于电场的连续性条件可以得到1+r＝t，这里需要指出的是，不论电磁波是从左往右穿过电阻膜还是从右往左穿过，这种情况都是成立的。经过初次反射r＝t
‑
1，后续发生的多次反射可以表示为：
[0032][0033]因此，总反射系数为：想要实现相干完美吸收就需要r+r
’
＝0，而在此时需要满足以及电阻膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件，为复合层结构，其特征在于：包括：金属网格衬底，在所述金属网格衬底上层叠的第二介质层、频率选择表面结构层、第一介质层及电阻膜。2.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件，其特征在于：包括上半部分及下半部分，所述上半部分包括电阻膜及第一介质层组成；所述下半部分包括频率选择表面结构层、第二介质层和金属网格衬底，且所述下半部分的频率选择表面结构层、第二介质层和金属网格衬底组合形成谐振腔。3.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件，其特征在于：所述频率选择表面结构层包括微纳金属网格构成，所述微纳金属网格的线宽介于0.5～5μm。4.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的超宽带光学透明微波吸收器件，其特征在于：所述频率选择表面结构层的表面设置成图案化网格单元。5.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的超宽带光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：许世栋，王钦华，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：