[发明专利]偏振敏感宽带响应长波红外超材料吸收器

说明书

本发明公开了偏振敏感宽带响应长波红外超材料吸收器，包括：宽带吸收金属周期阵列结构、中间介质层和偏振响应金属周期阵列结构。电磁辐射从宽带吸收金属周期阵列结构进入，偏振响应金属周期阵列结构厚度大于其金属材料在目标波段的趋附深度，表现为TE偏振敏感响应；或电磁辐射从偏振响应金属周期阵列结构进入，表现为TM偏振敏感响应。可以在长波红外范围实现超宽带偏振吸收响应。由于偏振效应好，宽带吸收效率高，结构简单为设计宽带偏振敏感吸收器开辟了一条新的设计思路。当与面阵偏振探测系统相结合时，可以不再使用偏振片等光学元件就实现红外偏振探测，避免偏振片与成像单元之间对准问题所产生的像差，简化了光学系统，提高了成像质量。

技术领域

本发明涉及宽带响应偏振敏感超材料吸收器及红外探测技术领域，具体涉及一种偏振敏感宽带响应长波红外超材料吸收器。

背景技术

偏振敏感吸收器不但能收集强度信息和相位信息而且能够采集偏振信息。利用偏振信息来实现探测的偏振成像是一种将偏振测量与图像处理相结合的新探测技术，通过测量目标辐射和反射的偏振度和偏振角信息，能够在复杂的自然背景中区分出有用信息。与传统的强度图像和红外热图像相比，红外偏振成像不仅能够有效识别传统强度成像无法或难以分辨的低对比度目标，而且受外界环境影响小，能够突显出目标物体的轮廓特征，在空间遥感、矿物勘探、医学诊断、伪装识别、等领域有着传统技术不具备的优势。 常规的面阵偏振探测系统是通过在成像单元上集成偏振片来采集偏振信息。但是偏振片对于设置角度极度敏感，这样不可避免的会降低探测的响应效率。

对于红外探测系统，长波红外主要用于常温物体轮廓探测，当存在杂散辐射或靠近热源的情况下具有较强的侦查能力。宽带响应意味着能够吸收辐射在器件表面的所有目标波段的电磁频率。因此拓宽吸收器带宽以覆盖长波红外波段是非常重要的，可以进一步提高探测识别能力。传统吸收器实现宽带响应的方法是利用复合结构或是多层堆积，这样不可避免的提高了加工技术难度。因此设计一种结构简单又能实现宽带偏振吸收响应的吸收器对于优化红外偏振探测性能具有重要意义。

本专利拟设计一种宽带偏振敏感超材料吸收器，可以在长波红外范围实现宽带偏振吸收响应。不同于传统的超材料吸收器，底层只起到防止透射的作用，而是赋予其功能性，实现宽带吸收或是偏振响应。利用图形的不对称性实现对入射光的偏振响应，通过不同共振模式的耦合作用，利用简单结构实现宽波段吸收。将这种偏振敏感的宽带吸收器与面阵偏振探测系统相结合，可以不再使用偏振片等光学元件就实现红外偏振探测，避免了由于偏振片与成像单元之间由于对准问题所产生的像差，既简化了光学系统，又提高了成像质量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有偏振探测系统结构复杂，响应效率低，加工工艺难度大问题，本发明提供一种偏振敏感宽带响应长波红外超材料吸收器。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

偏振敏感宽带响应长波红外超材料吸收器，包括：宽带吸收金属周期阵列结构3、中间介质层2和偏振响应金属周期阵列结构1。

电磁辐射从宽带吸收金属周期阵列结构3入射，偏振响应金属周期阵列结构1厚度大于其金属材料在目标波段的趋附深度，表现为TE偏振敏感响应；

或电磁辐射从偏振响应金属周期阵列结构1入射，表现为TM偏振敏感响应。

所述的宽带吸收金属周期阵列结构3为方块或圆盘的周期阵列（方块、圆盘、圆环、四角星形、六边形、五边形、十字型、方环、梯形、三角形）；所述的偏振响应金属周期阵列结构1为光栅或矩形周期阵列（光栅、矩形、S形、菱形、沙漏形、椭圆形、L形、矩形孔洞、椭圆形孔洞、L形孔洞）；

吸收器的吸收单元的单元周期P为0.2~5微米；偏振响应金属周期阵列结构1的厚度t₁为0.1~4.5微米；中间介质层厚度t₂为0.1~1.8微米；宽带吸收金属周期阵列结构3厚度t₃为0.02~1.1微米。