一种在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器

本发明涉及一种吸波器，具体涉及一种在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器。

背景技术：

1、近年来，超材料(mms)被广泛应用于多个科学领域，其光谱范围可从微波到可见光频率。超材料已经在各种引人注目的技术应用中展现出了潜力，例如光学隐身、热成像、天线、滤波器设计、吸波器、传感器和通信。

2、在此背景下，基于超材料的吸波器(mmas)在大范围的角度变化和极化中表现出完全的吸光度和不灵敏度。在2008年，有研究首次提出了在微波区域工作的基于超材料的吸波器，这种吸波器显示出近乎完全的吸波率。随后，吸波器在其他频段的研究也得到了发展。其中，一项研究[h.tao,n.i.landy,c.m.bingham,x.zhang,r.d.averitt,andw.j.padilla,“a metamaterial absorber for the terahertz regime:design,fabrication and characterization,”opt.exp.,vol.16,no.10,pp.7181–7188,2008.]提出了一种基于光学光刻工艺、可在太赫兹区域运行的超材料设计。该设计在1.12太赫兹和1.3太赫兹区域的强吸收度分别约为98％和70％。但是，在光谱的可见光区域，该设计的性能表现不佳。

3、在被应用于可见光区域时，为了获得更高的吸收率并展现出对不同极性和极化方向的不敏感性，各种不同的材料被用来制造宽带超材料吸波器。结果，少数研究表明，基于旋转对称结构的等离子材料吸波器可实现高达99％的最大吸波率，同时对应用的极化不敏感。目前，该种材料的宽带超材料吸波器已被用于传感应用。

4、一些最新研究介绍了在太赫兹到红外区域运行时，具有强吸收率的吸波器。在这些研究中，[l.wu,q.shen,s.yang,l.lei,and p.xu,“plasmonic metamaterial ultra-broadband absorber from visible to near-infrared,”in proc.int.photon.optoelectron.meeting(poem),vol.26,no.5,pp.5686–5693,oct.2018.]的作者描述了一种由钛、二氧化硅和铝制成的吸波器，在281～847太赫兹的频率范围内吸收率为97％。另一项研究[m.bagmanci,m.karaaslan,e.unal,o.akgol,m.and c.sabah,“solar energyharvesting with ultra-broadband metamaterial absorber,”int.j.modern phys.b,vol.33,no.8,mar.2019.]表明，由二氧化硅负载镍制成的吸波器在可见光、红外和紫外区域的吸收水平分别为90％、91％和70％。[d.katrodiya,c.jani,v.sorathiya,ands.k.patel,“metasurface based broadband solar absorber,”opt.mater.,vol.89,pp.34–41,mar.2019.]中的一项研究表明，由二氧化硅负载金制成的吸波器的平均吸收水平为90％，与[j.parmar,s.k.patel,d.katrodiya,t.k.nguyen,j.s.skibina,andv.dhasarathan,“numerical investigation of gold metasurface based broadbandnear-infrared and near-visible solar absorber,”phys.b,condens.matter,vol.591,aug.2020.]的研究中同操作频段的结果相同。同样，[y.zhang,z.yi,x.wang,p.chu,w.yao,z.zhou,s.cheng et al."dual band visible metamaterial absorbers based on fouridentical ring patches."physica e:low-dimensional systems and nanostructures127(2021):114526.]的作者提出了一种由复合材料金-氟化镁-甘油三酯(au-mgf2-tg)构成，多层结构设计的吸波器，在近红外和近可见光区域运行时，吸收率为78％。近期，也有少量研究表明：使用氮化物(mxene)材料的吸波器在可见光和红外波段表现出高吸收率。值得一提的是，基于黄金材料的宽带超材料吸波器设计具有显著的吸收率，但成本高昂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，该吸波器的吸收率高，且成本较低。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，包括基底、底层及若干镍-二氧化硅纳米立方棒，镍-二氧化硅纳米立方棒、基底及底层依次分布。

3、所述基底的材质为二氧化硅。

4、所述底层的材质为银。

5、镍-二氧化硅纳米立方棒为亚波长尺寸。

6、镍-二氧化硅纳米立方棒各呈周期性排列的。

7、所述镍-二氧化硅纳米立方棒的厚度为100nm。

8、底层的厚度为100nm。

9、该吸波器在400～1000nm范围内的吸收率大于等于80％。

10、本发明具有以下有益效果：

11、本发明所述的在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器在具体操作时，由镍和二氧化硅组成的立方纳米棒制成，可在近红外波段运行，研究结果表明，该吸波器在400nm～1000nm范围内可达到80％以上的吸波率，关于极化效应和不同入射角的吸收率，该吸波器对极化不敏感，并且在大入射角范围内表现出较高的吸收率。另外，由于结构中的电子器件，实现了较宽局域表面上的等离子共振。此外，由于镍的成本相对较低且熔点较高，因此使用镍金属具有一定优势，相较于环境条件不稳定的光伏系统即太阳能热转换系统，具有巨大的优势，同时可以覆盖广泛的太阳光谱。

技术特征：

1.一种在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，其特征在于，包括基底(2)、底层(3)及若干镍-二氧化硅纳米立方棒(1)，镍-二氧化硅纳米立方棒(1)、基底(2)及底层(3)依次分布。

2.根据权利要求1所述的在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，其特征在于，所述基底(2)的材质为二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，其特征在于，所述底层(3)的材质为银。

4.根据权利要求1所述的在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，其特征在于，镍-二氧化硅纳米立方棒(1)为亚波长尺寸。

5.根据权利要求1所述的在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，其特征在于，镍-二氧化硅纳米立方棒(1)各呈周期性排列的。

6.根据权利要求1所述的在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，其特征在于，所述镍-二氧化硅纳米立方棒(1)的厚度为100nm。

7.根据权利要求1所述的在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，其特征在于，底层(3)的厚度为100nm。

8.根据权利要求1所述的在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，其特征在于，该吸波器在400～1000nm范围内的吸收率大于等于80％。

技术总结本发明公开了一种在可见光和近红外波段运行的极化不敏感广角吸波器，包括基底、底层及若干镍‑二氧化硅纳米立方棒，镍‑二氧化硅纳米立方棒、基底及底层依次分布；所述基底的材质为二氧化硅；所述底层的材质为银；镍‑二氧化硅纳米立方棒为亚波长尺寸；镍‑二氧化硅纳米立方棒各呈周期性排列的，该吸波器的吸收率高，且成本较低。技术研发人员：穆罕默德·阿布·侯兰,姜海越受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16