本发明专利技术公开了一种吸收峰宽可调的光学吸收超材料，涉及光学超材料技术领域，尤其涉及金属共振单元结构的设计。本发明专利技术主要通过结构设计调节超材料吸收损耗与辐射损耗，以获得吸收峰线宽调控能力。本发明专利技术所提供的光学超材料优化设计适用于可见光到红外波段，可应用于高性能化学/生物传感器、太阳能电池以及光电探测器等领域。测器等领域。测器等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种光学超材料单元及其吸收峰宽的调控方法
[0001]本专利技术涉及一种光学超材料单元，以及光学光学超材料吸收峰宽的调控方法。
技术介绍
[0002]光学超材料是微纳光学的一个分支，通过人工结构的设计呈现出天然材料所不具备的光场调控功能，例如负折射、负反射、完美吸收等。完美吸收超材料通过金属共振层
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亚波长介质层
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金属反射层的设计，从而实现对特定频率范围内的电磁波的超强吸收。由于能够最大程度减小电磁波的散射，因此相比普通共振结构，完美吸收超材料可以实现更高强度的光与物质相互作用，在高性能化学/生物传感器、太阳能电池以及光电探测器等领域具有重要的应用前景。
[0003]不同领域对于完美吸收超材料的工作带宽有不同的需求。对于传感应用，窄线宽的共振吸收才能实现高灵敏度。应用于太阳能电池以提升光电转化效率时，需要吸收更宽频率范围内的光。目前对于完美吸收超材料工作带宽的研究，较多集中于通过结构参数的设计实现吸收峰的移动（CN112277346B，CN113437528B），而非吸收峰宽的控制。本专利技术通过共振结构的优化设计，在固定波长处实现吸收峰宽的连续调控，对于完美吸收超材料的应用具有重要实践意义。
技术实现思路
[0004]鉴于现有技术中光学超材料对吸收峰宽难以实现调控，本专利技术提供一种光学超材料单元及其吸收峰宽的调控方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题的技术方案是：一种光学超材料单元，包括由上至下依次分布的金属共振单元层、介质间隔层和金属反射层，所述金属共振单元层具有由中心向四周渐变的十字形骨架结构。
[0006]优选的，所述金属共振单元和金属反射层的材料为金或银或铜或钨或铝。
[0007]优选的，所述介质间隔层的材料为氟化镁或氟化钙或氟化钡或氧化铝。
[0008]优选的，金属共振单元层的结构为：包括十字交叉的第一金属层、第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的十字交叉处以四分之一圆的圆弧衔接。
[0009]优选的，金属共振单元层的结构为：包括十字交叉的第一金属层、第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的侧边为抛物线。
[0010]一种光学超材料吸收峰宽的调控方法，该光学材料包括若干个阵列周期排布的单元，每个单元包括由上至下依次分布的金属共振单元层、介质间隔层和金属反射层，所述金属共振单元层具有由中心向四周渐变的十字形骨架结构；从中心向四周，十字形骨架结构由宽变窄，则吸收带宽由大变小；从中心向四周，十字形骨架结构由窄变宽，则吸收带宽由小变大。
[0011]优选的，金属共振单元层的结构为：包括十字交叉的第一金属层、第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的十字交叉处以四分之一圆的圆弧衔接；通过调节圆弧的半
径，来调控吸收峰宽。
[0012]优选的，进一步通过调节十字形骨架结构的末端宽度，来调控吸收峰宽。
[0013]优选的，金属共振单元层的结构为：包括十字交叉的第一金属层、第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的侧边为抛物线；通过调节抛物线的开口大小，来调控吸收峰宽。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术所述的超材料单元结构简单，中心频率与带宽易于调控。本专利技术对于提高光与物质相互作用相关应用领域具有重要价值。
附图说明
[0015]图1是实施例一在不同参数下的共振光谱图。
[0016]图2是实施例二在不同参数下的共振光谱图。
实施方式
[0017]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0018]实施例一，一种光学超材料吸收峰宽的调控方法，其特征在于：该光学材料包括若干个阵列周期排布的单元，每个由上至下依次分布为金属共振单元层、介质间隔层和金属反射层，其中金属共振单元层和金属反射层的金属材料为金（Au），介质间隔层为氧化铝(Al2O3)。所述金属共振单元层具有由中心向四周渐变的十字形骨架结构。
[0019]本实施例中金属共振单元层的结构为：包括十字交叉的第一金属层、第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的十字交叉处以四分之一圆的圆弧衔接。
[0020]通过四分之一圆的圆弧渐变结构的设计，超材料吸收带宽可以得到有效调控。在本实施例中，逐渐增大渐变四分之一圆的圆弧半径R，同步改变十字形骨架结构的长度L、共振单元周期P、介质间隔层厚度D保持6微米波长处99%以上吸收率，以及相邻共振单元间隙大小不变，图1中相应共振光谱出现明显的线宽减小。进一步增大R，减小改变十字形骨架结构的末端宽度W，可以观察到进一步的吸收线宽减小。
[0021]本实施例中，金属共振单元和金属反射层的材料也可用银或铜或钨或铝替代。
[0022]本实施例中，介质间隔层也可用氟化镁或氟化钙或氟化钡替代。
[0023]实施例二，一种光学超材料吸收峰宽的调控方法，其特征在于：该光学材料包括若干个阵列周期排布的单元，每个由上至下依次分布为金属共振单元层、介质间隔层和金属反射层，其中金属共振单元层和金属反射层的金属材料为金（Au），介质间隔层为氧化铝(Al2O3)。所述金属共振单元层具有由中心向四周渐变的十字形骨架结构。
[0024]本实施例中，金属共振单元层的结构为：包括十字交叉的第一金属层、第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的侧边为抛物线，该抛物线符合二次函数y=kx2+0.05。
[0025]通过抛物线的开口，同步改变十字形骨架结构的长度L、共振单元周期P、介质间隔层厚度D保持6微米波长处99%以上吸收率，以及相邻共振单元间隙大小不变，通过图2可以观察到明显的吸收峰展宽。具体参数包括，k = 0（L = 1070nm, P = 1080nm, D =150nm），k = 1（L = 650nm, P = 660nm, D = 100nm），k = 2（L = 570nm, P = 580nm, D =80nm）。
[0026]本实施例中，金属共振单元和金属反射层的材料也可用银或铜或钨或铝替代。
[0027]本实施例中，介质间隔层也可用氟化镁或氟化钙或氟化钡替代。
[0028]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0029]以上，对本专利技术的实施方式进行了说明。但是，本专利技术不限定于上述实施方式。凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光学超材料单元，包括由上至下依次分布的金属共振单元层、介质间隔层和金属反射层，其特征在于：所述金属共振单元层具有由中心向四周渐变的十字形骨架结构。2.如权利要求1所述的光学超材料单元，其特征在于：所述金属共振单元和金属反射层的材料为金或银或铜或钨或铝。3.如权利要求1所述的光学吸收超材料单元，其特征在于：所述介质间隔层的材料为氟化镁或氟化钙或氟化钡或氧化铝。4.如权利要求1
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3之一所述的光学超材料单元，其特征在于：金属共振单元层的结构为：包括十字交叉的第一金属层、第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的十字交叉处以四分之一圆的圆弧衔接。5.如权利要求1
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3之一所述的光学超材料单元，其特征在于：金属共振单元层的结构为：包括十字交叉的第一金属层、第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的侧边为抛物线。6.一种光学超材料吸收峰宽的调控方法，其特征在于：该光学材料包括若...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗培栋，陈晨，赵程，黄文博，张强，
申请(专利权)人：宁波东旭成新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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