[发明专利]一种超材料吸波器及其制造方法

说明书

本申请涉及一种超材料吸波器及其制造方法，所述方法包括：将吸波器底端的介质层设置为氮化钛，并确定所述介质层厚度为W，将吸波器的填充层设置为氮化硅，并确定所述填充层厚度为T；在所述介质层和所述填充层之间预设为氮化钛的光栅层，并将所述光栅层预设为纳米柱结构；利用遗传算法模型对吸波器的吸收效率进行计算，分别确定光栅层的直径和高度的范围；对所述光栅层的直径和高度的范围进行仿真优化，确定最终所述直径和高度的参数值，根据所述参数值的结果，在所述介质层和所述填充层之间设置光栅层。该方法中利用算法实现对周期性纳米结构的优化，进而产生性能优异的宽带完美吸收结构。所制造的吸波器能够对光波吸收效率的最大化。

技术领域

本申请涉及太阳能技术领域，特别是涉及一种超材料吸波器及其制造方法。

背景技术

太阳能作为一种绿色清洁能源具有十分广阔的应用前景，将太阳能获取与基于超材料的宽带吸波器相结合有望实现更高效率的太阳能获取，进而提高太阳能的利用率。目前，已有一些基于超材料的太阳能吸波器实现了对于太阳光谱的有效吸收。黑体是一种理想的物理概念，它可以吸收所有电磁波而不会发生反射和透射，黑体的非凡性能在光学领域得到了广泛应用，进而产生了一系列功能性器件诸如光学隐身，光热能获取，光电检测器等。基于超材料且具有优异性能，可以产生类似于黑体的物理现象。基于纳米加工的超材料例如纳米颗粒，纳米条带以及纳米柱结构等已实现了大规模的制备。并且这种加工工艺日趋成熟，许多基于纳米加工的超材料可实现任意偏振和大角度的入射光波的吸收性能。

但是，大多数基于超材料的吸波器只能实现窄带范围的光波吸收。另外，有些结构十分复杂，虽然加工工艺可以满足，但是成品率很低。此外，由于传统设计方法的局限性，导致在结构设计的过程中，往往拘泥于定向的结构参数优化。这将导致结构优化陷入局部最优的结果，因而其优化结构并不是真正的最优结构。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种超材料吸波器及其制造方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种超材料吸波器的制造方法，包括以下步骤：

将吸波器底端的介质层设置为氮化钛，并确定所述介质层厚度为W，将吸波器的填充层设置为氮化硅，并确定所述填充层厚度为T；

在所述介质层和所述填充层之间预设为氮化钛的光栅层，并将所述光栅层预设为纳米柱结构；

利用遗传算法模型对吸波器的吸收效率进行计算，分别确定光栅层的直径和高度的范围；

对所述光栅层的直径和高度的范围进行仿真优化，确定最终所述直径和高度的参数值，根据所述参数值的结果，在所述介质层和所述填充层之间设置光栅层。

进一步的，所述在所述介质层和所述填充层之间预设为氮化钛的光栅层，并将所述光栅层预设为纳米柱结构，包括：

根据所述介质层厚度W和所述填充层厚度T确定所述吸波器的单元结构，并设置所述单元结构为长度、宽度和厚度分别为P,P,和L的长方体；

将所述纳米柱结构的光栅层分别设置为第一光栅层和第二光栅层，所述第一光栅层设置在所述第二光栅层上方；

根据所述单元结构为长度、宽度和厚度，预设所述第一光栅层的厚度d1的初始范围,直径d2的初始范围，并预设所述第二光栅层的厚度c1的初始范围,直径c2的初始范围。

进一步的，所述利用遗传算法模型对吸波器的吸收效率进行计算，分别确定光栅层的直径和高度的范围，包括：

对设置的所述介质层和所述填充层组成的初始结构进行仿真模拟，得到在不同波长范围下的反射率和透射率；

根据所述反射率和所述透射率，确定所述初始结构中对应波长的吸收率；

通过所述吸收率和所述光栅层Mie谐振产生的耦合效应，利用遗传算法对所述光栅层的直径和高度进行初始范围的确定。