基于偏压调控的红外吸收器.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010222205.X (22)申请日 2020.03.26 (71)申请人 合肥工业大学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 邓光晟孙寒啸吕坤杨军 尹治平 (74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569 代理人 刘凤玲 (51)Int.Cl. G02F 1/1335(2006.01) (54)发明名称 一种基于偏压调控的红外吸收器 (57)摘要 本发明公开一种基于偏压调控的红外吸收 器， 红外吸收器包括： n个吸收单元， n个吸收。

2、单元 为阵列方式排布设置； 各吸收单元包括上层基 板、 下层基板、 液晶层、 梯形光栅和金属基底； 金 属基底， 用于导电， 作为下电极； 下层基板位于金 属基底上方， 用于作为所述梯形光栅的基底材 料； 梯形光栅设置于下层基板上表面， 用于实现 不同频段红外波的吸收； 液晶层位于上层基板和 下层基板之间， 用于形成偏置电场， 从而改变介 电常数， 实现对红外波吸收频段的调谐； 上层基 板位于液晶层上方， 用于导电， 作为上电极。 本发 明通过设置上层基板、 下层基板、 液晶层、 梯形光 栅和金属基底构成的吸收单元阵列排布， 实现了 对中红外波宽带的吸收。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页。

3、 CN 111240085 A 2020.06.05 CN 111240085 A 1.一种基于偏压调控的红外吸收器， 其特征在于， 所述红外吸收器包括： n个吸收单元， n个吸收单元为阵列方式排布设置； 各所述吸收单元包括上层基板、 下层基板、 液晶层、 4个 梯形光栅和金属基底； 所述金属基底， 用于导电， 作为下电极； 所述下层基板位于所述金属基底上方， 用于作为所述梯形光栅的基底材料； 所述梯形光栅设置于所述下层基板上表面， 用于实现不同频段红外波的吸收； 所述液晶层位于所述上层基板和所述下层基板之间， 用于形成偏置电场， 从而改变介 电常数， 实现对红外波吸收频段的调谐； 所述上层基。

4、板位于所述液晶层上方， 用于导电， 作为上电极。 2.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器， 其特征在于， 所述梯形光栅 由三氧化钼制成。 3.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器， 其特征在于， 4个所述梯形 光栅相互旋转对称设置。 4.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器， 其特征在于， 所述上层基板 和所述下层基板均为立方体结构。 5.根据权利要求4所述的一种基于偏压调控的红外吸收器， 其特征在于， 所述上层基板 立方体结构的边长和所述下层基板立方体结构的边长均为a， 所述上层基板立方体结构的 厚度为hs， 所述下层基板立方体结构的厚度分别为ht， 其。

5、中， a、 ht和hs均为大于0的整数。 6.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器， 其特征在于， 所述液晶层由 环氧树脂密封而成。 7.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器， 其特征在于， 所述上层基板 为掺杂硅基板。 8.根据权利要求1所述的一种基于偏压调控的红外吸收器， 其特征在于， 所述下层基板 为二氧化硅基板。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111240085 A 2 一种基于偏压调控的红外吸收器 技术领域 0001 本发明涉及宽带吸收领域， 具体是一种基于偏压调控的红外吸收器。 背景技术 0002 红外波是指波长范围在1500 m内的电磁波。 由于红外波。

6、特别是中红外波拥有很 多卓越的性能， 使其医学成像、 安全检查、 产品检测等实际应用方面都具有重要的应用前 景。 目前的中红外吸收器的吸收频段较窄， 很难实现宽带吸收。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种基于偏压调控的红外吸收器， 以实现中红外波段的宽带 吸收。 0004 为实现上述目的本发明提供了一种基于偏压调控的红外吸收器， 所述红外吸收器 包括： 0005 n个吸收单元， n个吸收单元为阵列方式排布设置； 各所述吸收单元包括上层基板、 下层基板、 液晶层、 4个梯形光栅和金属基底； 0006 所述金属基底， 用于导电， 作为下电极； 0007 所述下层基板位于所述金属基底上方， 。

7、用于作为所述梯形光栅的基底材料； 0008 所述梯形光栅设置于所述下层基板上表面， 用于实现不同频段红外波的吸收； 0009 所述液晶层位于所述上层基板和所述下层基板之间， 用于形成偏置电场， 从而改 变介电常数， 实现对红外波吸收频段的调谐； 0010 所述上层基板位于所述液晶层上方， 用于导电， 作为上电极。 0011 可选的， 所述梯形光栅由三氧化钼制成。 0012 可选的， 4个所述梯形光栅相互旋转对称设置。 0013 可选的， 所述上层基板和所述下层基板均为立方体结构。 0014 可选的， 所述上层基板立方体结构的边长和所述下层基板立方体结构的边长均为 a， 所述上层基板立方体结构的。

8、厚度为hs， 所述下层基板立方体结构的厚度分别为ht， 其中， a、 ht和hs均为大于0的整数。 0015 可选的， 所述液晶层由环氧树脂密封而成。 0016 可选的， 所述上层基板为掺杂硅基板。 0017 可选的， 所述下层基板为二氧化硅基板。 0018 根据本发明提供的具体实施例， 本发明公开了以下技术效果： 0019 本发明公开一种基于偏压调控的红外吸收器， 红外吸收器包括： n个吸收单元， n个 吸收单元为阵列方式排布设置； 各吸收单元包括上层基板、 下层基板、 液晶层、 梯形光栅和 金属基底； 金属基底， 用于导电， 作为下电极； 下层基板位于金属基底上方， 用于作为所述梯 形光栅。

9、的基底材料； 梯形光栅设置于下层基板上表面， 用于实现不同频段红外波的吸收； 液 晶层位于上层基板和下层基板之间， 用于形成偏置电场， 从而改变介电常数， 实现对红外波 说明书 1/4 页 3 CN 111240085 A 3 吸收频段的调谐； 上层基板位于液晶层上方， 用于导电， 作为上电极。 本发明通过设置上层 基板、 下层基板、 液晶层、 梯形光栅和金属基底构成的吸收单元阵列排布， 实现了对中红外 波宽带的吸收。 附图说明 0020 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施。

10、 例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图 获得其他的附图。 0021 图1为本发明的吸收单元三维结构示意图。 0022 图2为本发明在不同的液晶介电常数下对x极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线 仿真结果图。 0023 图3为本发明在不同的液晶介电常数下对y极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线 仿真结果图。 0024 图4为本发明改变三氧化钼图案层厚度时在不同的液晶介电常数下对x极化波垂 直入射时的吸收率频谱曲线仿真结果图。 0025 图5为本发明改变三氧化钼图案层厚度时在不同的液晶介电常数下对y极化波垂 直入射时的吸收率频谱曲线仿真结果图。 0026 。

11、图中标号： 1上层基板， 2液晶层， 3梯形光栅， 4下层基板， 5金属基底。 具体实施方式 0027 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本 发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例， 都属于本发明保护的范围。 0028 本发明的目的是提供一种光调控的宽带红外吸收器， 以实现中红外波段的宽带吸 收。 0029 为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。 0。

12、030 本发明公开一种基于偏压调控的红外吸收器， 所述红外吸收器包括： n个吸收单 元， n个吸收单元为阵列方式排布设置。 0031 如图1所示， 各所述吸收单元包括上层基板1、 下层基板4、 液晶层2、 4个梯形光栅3 和金属基底； 所述金属基底5用于导电， 作为下电极； 所述下层基板4位于所述金属基底5上 方， 用于作为所述梯形光栅3的基底材料； 所述梯形光栅3设置于所述下层基板4上表面， 用 于实现不同频段红外波的吸收； 所述液晶层位于所述上层基板1和所述下层基板4之间， 用 于形成偏置电场， 从而改变介电常数， 实现对红外波吸收频段的调谐； 所述上层基板1位于 所述液晶层2上方， 用于。

13、导电， 作为上电极。 0032 作为本发明的一种实施方式， 本发明所述所述梯形光栅3由三氧化钼制成， 利用三 氧化钼不同晶格方向负介电常数频率区间不同的特点， 通过巧妙设置三氧化钼贴片的图案 说明书 2/4 页 4 CN 111240085 A 4 对不同极化的入射波实现不同频段的吸收， 通过改变三氧化钼梯形光栅的厚度， 能够进一 步调节吸收带宽， 三氧化钼的厚度越大， 吸收带宽越小， 三氧化钼的厚度越小， 吸收带宽越 大。 0033 作为本发明的一种实施方式， 4个所述梯形光栅3相互旋转对称设置。 由于入射光 在三氧化钼各晶格方向的负介电常数区间内可以产生phonon谐振。 对不同的晶格方向。

14、， 负 介电常数的区间不同， 因此对入射光的吸收频段也不同。 因此对极化电场沿x的入射波， 主 要是上下两个梯形光栅3起宽带吸收效果； 对极化电场沿y的入射波， 主要是左右两个梯形 光栅3起宽带吸收效果。 0034 作为本发明的一种实施方式， 所述上层基板1和所述下层基板4均为立方体结构； 所述上层基板立方体结构的边长和所述下层基板立方体结构的边长均为a， 所述上层基板 立方体结构的厚度为hs， 所述下层基板立方体结构的厚度分别为ht， 其中， a、 ht和hs均为大 于0的整数。 0035 作为本发明的一种实施方式， 所述液晶层2由环氧树脂密封而成， 通过在上层基板 1和金属基底5上施加电压。

15、， 在所述的液晶层2中形成偏置电场， 偏置电场使得液晶分子的排 列方向产生偏转， 从而改变液晶介电常数， 实现对红外波吸收频段的调谐， 0偏压时液晶介 电常数是2.4， 饱和偏压时液晶介电常数是3.8， 偏压越大， 液晶介电常数越大。 0036 作为本发明的一种实施方式， 所述上层基板1为掺杂硅基板。 0037 作为本发明的一种实施方式， 所述下层基板4为二氧化硅基板。 0038 图2为通过仿真软件得到的在不同的液晶介电常数下对x极化波垂直入射时的吸 收率频谱曲线。 当液晶的介电常数为2.4时， 对波长范围为11.21到12.13 m的入射波吸收率 大于60； 当液晶的介电常数为3.8时， 对。

16、全频段内的入射波吸收率均在20以下。 0039 图3为通过仿真软件得到的在不同的液晶介电常数下对y极化波垂直入射时的吸 收率频谱曲线。 当液晶的介电常数为2.4时， 对波长范围为13.96到17.89 m的入射波吸收率 大于60； 当液晶的介电常数为3.8时， 对波长范围为16.23到17.91 m的入射波吸收率大于 60。 0040 图4为通过仿真软件得到的当三氧化钼图案层的厚度为100nm时， 在不同的液晶介 电常数下对x极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线。 当液晶的介电常数为2.4时， 对波长范 围为11.72到11.98 m的入射波吸收率大于60； 当液晶的介电常数为3.8时， 对全频段。

17、内的 入射波吸收率均在25以下。 0041 图5为通过仿真软件得到的当三氧化钼图案层的厚度为100nm时， 在不同的液晶介 电常数下对y极化波垂直入射时的吸收率频谱曲线。 当液晶的介电常数为2.4时， 对波长范 围为15.68到18.09 m的入射波吸收率大于60； 当液晶的介电常数为3.8时， 对波长范围为 17.16到18.11 m的入射波吸收率大于60。 0042 本发明将所述上层基板、 下层基板、 液晶层、 梯形光栅和金属基底构成的吸收单元 阵列排布， 实现了中红外波的宽带吸收。 本发明可通过改变液晶层偏压来实现对中红外波 的吸收频段的调节。 通过改变三氧化钼贴片的图案， 能够实现不同。

18、频段的中红外波的吸收。 同时， 通过改变三氧化钼图案层的厚度， 能够进一步调节吸收带。 0043 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述， 每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 说明书 3/4 页 5 CN 111240085 A 5 0044 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想； 0045 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想， 在具体实施方式及应用范 围上均会有改变之处。 综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 说明书 4/4 页 6 CN 111240085 A 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 111240085 A 7 图3 图4 说明书附图 2/3 页 8 CN 111240085 A 8 图5 说明书附图 3/3 页 9 CN 111240085 A 9 。