[实用新型]一种基于分形结构的超宽带太赫兹超材料吸波器

说明书

本实用新型公开了一种基于分形结构的超宽带太赫兹超材料吸波器，包括由下至上依次层叠的底层金属反射板、单层介质基板及顶层金属贴片；所述顶层金属贴片由四组结构相同尺寸不同的谐振单元构成表面谐振单元，四组谐振单元呈一定比例，分布在以介质基板的中心为原点的四个象限内。该金属贴片是采用分形与拓扑理论设计的金来构成基础谐振单元，再将表面基础谐振单元以不同比例缩小放大，通过将其共振频率相互靠近，得到了在THz波段工作的吸波器。本实用新型以分形拓扑为理论基础，采用金‑聚酰亚胺‑金三层结构，实现了在THz频率下的超宽带吸收效果。该吸波器具有设计灵活、应用范围广、功能性强等特点。

技术领域

本实用新型涉及一种吸波器，具体的说是一种基于分形结构的超宽带太赫兹超材料吸波器，属于无线电通信、THz器件领域。

背景技术

超材料是一种人工复合的材料，他们具备一些自然界的材料所不具备的特性，比如负介电常数，负折射率等。由于超材料奇特的物理特性，使其具有广泛的研究价值。自从Landy等人通过实验证明了第一个由金属分裂环谐振器和切割线组成的完美吸收体以来，近年来在微波、太赫兹(THz)、红外和可见波段中开发出了完美的超材料吸收体。这种吸收体在THz成像、信号检测、介电厚度检测传感等领域具有潜在的应用前景。部分工程设计制作了超材料吸收剂，实现了较好的吸收效果。不幸的是，这些努力具有单波段吸收的共同缺点。显然，单波段高吸收在某些领域是不适用的。因此，研究宽带或多波段高性能超材料吸收体是必要的。

增加超材料吸收器的吸收峰数或扩大吸收带宽有两种主要方法。一种是在一个超单元中使用带有两个或多个谐振器的单层结构，另一种是使用多个垂直堆叠结构金属层实现多波段吸收。然而，这两种结构都非常复杂，对设计和制造都有相当大的限制。此外，它们大多是双带或三带吸收，导致在制造多带(大于三带)吸收器方面缺乏足够的进展。为此，将分形理论引入到超材料吸波器中，以实现在THz频段的超宽带吸收。

THz波段是位于微波与红外之间的波段，由于THz波有容量大、安全性高、抗干扰性强等特性，因而具有很高的科学研究价值。近年来，THz技术日益发展，在生物医学、天文、军事等方面都有广泛的应用前景。但是目前对THz器件的研究仍然存在很多空白，THz器件还有很大的研究价值等待开发。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种基于分形结构的超宽带太赫兹超材料吸波器，采用分形与拓扑理论设计的金来构成基础谐振单元，再将表面基础谐振单元以不同比例缩小放大，通过将其共振频率相互靠近，从而实现吸波器在THz波段的超宽带吸收。

本实用新型为解决上述问题采用以下技术方案：一种基于分形结构的超宽带太赫兹超材料吸波器，包括由下至上依次层叠的底层金属反射板、单层介质基板及顶层金属贴片；所述顶层金属贴片由四组结构相同尺寸不同的谐振单元构成表面谐振单元，四组谐振单元呈一定比例，分布在以介质基板的中心为原点的四个象限内。其金属谐振单元是根据分形与拓扑理论设计的，可以实现在太赫兹频段的超宽带吸收。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述表面谐振单元以左下角的谐振单元为基础谐振单元，设其比例因子为1，则四组谐振单元在介质基板的左上、右上、左下、右下四个象限中的比例因子分别为0.96、1.03、1、1.06。

进一步的，所述基础谐振单元包括一个置于中央位置的大谐振单元及分布于其四周的四个小谐振单元，四个小谐振单元的大小尺寸互相相等，且小谐振单元与大谐振单元的比例为1:3，将所述四个小谐振单元的中心两两连接，以形成一个边长为30um的正方形，所述四个小谐振单元的中心分布在正方形的四个顶点上，大谐振单元的中心分布在正方形的对角线交点上。