[发明专利]一种基于VO2

说明书

本发明公开了一种基于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。本发明可以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。

技术领域

本发明属于太赫兹波技术领域，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。

背景技术

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-Insulator Transition,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“Broadband tunable terahertz absorber based on vanadiumdioxide metamaterials”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“A broadband and switchable VO₂-based perfect absorber at the THz frequency”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的中国发明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。

发明内容

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，本发明提供了一种基于VO₂的开关型宽带太赫兹波吸收器及吸收装置。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：