[发明专利]基于齿形结构的光吸收器

说明书

本发明涉及一种主要针对波长在400纳米至830纳米光谱范围内的光进行吸收的基于齿形结构的光吸收器。光吸收器包含多个回音壁型吸波单元，回音壁型吸波单元包含：位于底层的金属底层，厚度为：t_金属2；位于中间层的介质层，厚度为t_介质；t_介质＝60～80nm；位于表层且金属材质的光耦合层，其厚度为t_金属1；t_金属1：t_介质：t_金属2＝1：(1.5～3)：(4～7.5)；所述光耦合层呈矩形设置，且中部设有矩形的耦合孔；光耦合层的4个侧面均设有至少两个矩形耦合凹孔，相邻的两个矩形耦合凹孔之间形成凸齿；位于同一侧面的所有矩形耦合凹孔的长度相等。本发明结构可有效对可见光以及近红外光进行吸收。

技术领域

本发明涉及光吸收器技术领域；具体的说，涉及一种主要针对波长在400纳米至830纳米光谱范围内的光进行吸收的一种基于齿形结构的光吸收器。

背景技术

太阳能热光伏技术是绿色能源和可再生能源中的一个重要领域，因此对太阳光的高效宽带吸收一直备受关注。利用Salisbury屏可以实现对电磁波的完美吸收。Salisbury屏是金属-介质-金属三层结构，但是Salisbury屏一般适用于单频点，如果想实现宽频吸收，必须要做多层结构，给太阳能的有效利用带来了很大的困难。

为了获得具有亚波长厚度的宽频电磁波吸收器，很多国家都进行过深入的研究。N.I.Landy等人于2008年在美国物理快报上发表了关于超材料(metamaterial)电磁波吸收器的论文，并提出制作一种吸收电磁波的吸收器结构；该吸收器具有金属-介质-金属三层结构，工作在微波波段。该超材料电磁波吸收器的结构单元尺寸和厚度都是亚波长的，与传统的Salisbury屏相比具有小型化的优势，但是该吸收器仍然是窄带的。根据实际需要，电磁波吸收器的工作频率已经从微波波段发展到了太赫兹、红外和可见光范围。但是能够在可见光和近红外范围实现高效吸收的宽带吸收器的研制工作仍然面临很多困难。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种基于齿形结构的光吸收器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于齿形结构的光吸收器，包含多个回音壁型吸波单元，回音壁型吸波单元包括：

位于底层的金属底层，厚度为：t_金属2；

位于中间层的介质层，厚度为t_介质；t_介质＝60～80nm；

位于表层且金属材质的光耦合层，其厚度为t_金属1；

t_金属1：t_介质：t_金属2＝1：(1.5～3)：(4～7.5)；

所述光耦合层呈矩形设置，且中部设有矩形的耦合孔；光耦合层的4个侧面均设有至少两个矩形耦合凹孔，相邻的两个矩形耦合凹孔之间形成凸齿；位于同一侧面的所有矩形耦合凹孔的长度相等。

本发明中的回音壁型吸波单元也称之为超分子(meta-molecule)，每个齿形结构单元是超原子(meta-atom)，因此本发明是由包含齿形超原子的回音壁型超分子排列形成的光吸收器。当可见光以及近红外光(400nm～830nm)照射时，光耦合层的特殊结构使入射光在超分子中产生回音壁模式，即绕着光耦合层的闭合路径进行回转，在回转的过程中与齿形结构的超原子(meta-atom)发生作用，进而产生表面等离激元谐振及局域谐振，从而对入射光产生较强的吸收作用。另外，金属底层和金属材质的光耦合层通过介质层隔开，光照射时能产生波导模式和法布里-帕罗模式，也对该频谱范围内的光起到吸收作用。

优选地，介质层，其厚度为60～80nm；金属底层，其厚度为120～150nm。