专利名称：一种太赫兹频段可调多带吸波体的制作方法
技术领域：
本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种太赫兹频段可调多带吸波体。
背景技术：
THz波(太赫兹波)或称为THz射线(太赫兹射线)是指频率在0. ITHz到IOTHz范围的电磁波，波长大概在0. 03到3_范围，介于微波与红外之间。太赫兹波对很多介电材料和非极性液体具有很强的穿透性和很高的安全性；尤为重要的是，太赫兹波段包含丰富的光谱信息，大量有机分子在太赫兹频段表现出强烈的吸收和色散特性，因此，太赫兹光谱不仅可用于光谱成像和物质形貌识别，而且可用来进行物质成分鉴定。在太赫兹技术的开发和利用中，检测太赫兹信号具有举足轻重的意义。其中太赫兹探测器则是太赫兹系统的核心器件，现有的直接太赫兹探测器大多采用热效应探测器。然而，由于热效应太赫兹探测器是宽带响应，因此没有频率选择性，不利于进行高灵敏度和高光谱分辨率的光谱探测。虽然将太赫兹吸波体制作在探测器的接收表面，能够大大提高太赫兹探测器的探测灵敏度和频率选择性。但是，由于现有太赫兹频段吸波体的吸收峰数量不超过2个，少于很多材料在太赫兹频段的特征吸收峰数量，因此不利于对材料进行高灵敏度的光谱探测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太赫兹频段可调多带吸波体，其能够有效增加太赫兹频段吸波体的吸收峰数量，并可通过改变吸波体的结构参数实现对各个吸收峰位置的精确调控。为解决上述问题，本发明所设计的一种太赫兹频段可调多带吸波体，包括至少4个呈矩阵排列的吸波体单元，其中每个吸波体单元均主要由含硅基体、金属层、介质体、金属十字叉和空心田字框组成。金属层的上下表面分别与介质体的下表面和含娃基体的上表面相贴，其中介质体位于金属层的正上方、含娃基体位于金属层的正下方。空心田字框水平贴附于介质体的上表面，金属十字叉则水平嵌设在介质体的中部，空心田字框所处平面与金属十字叉所处平面相平行。金属十字叉的几何中心与空心田字框的几何中心重合，而且构成金属十字叉的2条金属条的中心轴线与构成空心田字框的内部4条金属叉齿的中心轴线重合。上述方案中，金属层、金属十字叉和空心田字框最好由金属材料制成。上述方案中，金属层、金属十字叉和空心田字框的厚度最好介于0. I 1.0微米之间。上述方案中，介质体最好由聚合物或者氧化物制成。上述方案中，金属层与金属十字叉之间的距离、以及空心田字框与金属十字叉之间的距离最好介于0. 2 10微米之间。 上述方案中，每个吸波体单元的横剖面均为正方形。
上述方案中,矩阵的边长最好大于入射太赫兹波束的I. 3倍。与现有技术相比，本发明具有如下特点I、采用空心田字框、金属十字叉、金属底板和两层介质构成太赫兹频段可调多带吸收体的核心部分，上述结构能够使得太赫兹探测器的吸收峰数增加；2、可根据使用需求灵活改变空心田字框和金属十字叉的几何参数，即可通过改变空心田字框和金属十字叉的线条长度和宽度，以实现每个吸收峰位置精确调控；
3、本发明在太赫兹生物传感、热探测器和高灵敏度光谱探测领域具有十分重要的应用价值。
图I为吸波体单元的立体结构示意图；图2为吸波体单元结构中金属十字叉的结构示意图；图3为吸波体单元结构中空心田字框的结构示意图；图4为2X2个吸波体单元组成的二维阵列式太赫兹频段可调多带吸波体的顶视图；图中标不1、娃基体；2、金属层；3、介质体；4、金属十字叉；4_1、金属条；5、空心田字框；5_1、金属叉齿；5_2、金属框条。
具体实施例方式一种太赫兹频段可调多带吸波体如图I所示，其包括至少4个呈矩阵排列的吸波体单元。其中每个吸波体单元均主要由含硅基体I、金属层2、介质体3、金属十字叉4和空心田字框5组成。金属层2的上下表面分别与介质体3的下表面和含娃基体I的上表面相贴，其中介质体3位于金属层2的正上方、含娃基体I位于金属层2的正下方。空心田字框5水平贴附于介质体3的上表面，金属十字叉4则水平嵌设在介质体3的中部，空心田字框5所处平面与金属十字叉4所处平面相平行。即金属十字叉4将介质体3分割为2层介质层，每个吸波体单兀自下而上依次为娃基底、位于娃基底之上的金属层2、位于金属层2之上的第一介质层、位于第一介质层之上的金属十字叉4、位于金属十字叉4之上的第二介质层、位于第二介质层之上的空心田字框5。金属十字叉4的几何中心与空心田字框5的几何中心重合，而且构成金属十字叉4的2条金属条4-1的中心轴线与构成空心田字框5的内部4条金属叉齿5-1的中心轴线重合。上述每个吸波体单元的横剖面均为正方形。上述含硅基体I和介质体3均呈立方体状，介质体3叠放在含硅基体I上方，两者之间通过金属层2相隔。含硅基体I作为吸波体单元的基座。介质体3则由聚合物或者氧化物制成，其主要目的是实现金属层2、金属十字叉4、以及空心田字框5的相互隔离，同时对太赫兹波产生一定的吸收。在本发明优选实施例中，含娃基体I和介质体3均为上下底面为正方形的立方体，此时，金属层2为正方形平面。在本发明中，金属层2与金属十字叉4之间的距离即第一介质层的厚度、以及空心田字框5与金属十字叉4之间的距离即第二介质层的厚度均介于0. 2 10微米之间。上述金属层2、金属十字叉4和空心田字框5采用金、铜或铝等金属材料制成，在具体的选择上，3者可以选用相同的金属材料制成，也可以选择不同的金属材料制成。金属层2、金属十字叉4和空心田字框5均呈扁片状。其中金属层2为一个与含硅基体I的上表面及介质体3下表面的形状和大小相同的平面。金属十字叉4是由2长条状的金属条4-1十字相交而成。参见图2。空心田字框5则是由一个口字形的金属框条5-2,以及设置在金属框条5-2内部的4条金属叉齿5-1组成。4条金属叉齿5-1的其中一端分别连接在金属框条5-2的4条边上,另一端则指向金属框条5-2的中心处。4条金属叉齿5-1在金属框条5-2内部两两相对但不相接，构成一个中空的十字形。参见图3。在本发明中，金属层2、金属十字叉4和空心田字框5的厚度均为0. I I. O微米。在本发明中，金属十字叉4和空心田字框5的结构参数决定了吸波体单元的具体性能，通过改变金属十字叉4的长度和宽度、空心田字框5金属框条5-2的长度和宽度、以 及空心田字框5内部4条金属叉齿5-1的长度和宽度，可以精确调控各个吸收峰的位置。在本发明中，所述金属十字叉4的2条金属条4-1的长度相等，即为正方形十字架；空心田字框5的长边与短边相等，即为正方形的田字形。上述金属十字叉4的外接正方形和空心田字框5的外接正方形的面积小于金属层2的面积。在本发明中，所述金属十字叉4的2条金属条4-1以及空心田字框5的金属框条5-2的线条宽度为2 12微米。空心田字框5的4条金属叉齿5-1的线条宽度为3 30微米。所述金属十字叉4的2条金属条4-1的线条长度为30 500微米。所述的空心田字框5的金属框条5-2的边长为30 500微米；空心田字框5内部的4条金属叉齿5_1的长度为10 200微米。为了保证本发明的二维特性即XY轴的方向性，多个吸波体单元可以并排成mXn的矩阵，上述m和n的取值可以相等也可以不相等。但为了获得正方形的太赫兹频段可调多带吸波体，在本发明优选实施例中，所述太赫兹频段可调多带吸波体有NXN个吸波体单元组成，且这些吸波体单元相互之间呈NXN矩阵排列。上述N的取值相同，即组成正方形的矩阵。组成的阵列边长由实际入射的太赫兹波束直径来决定，通常阵列边长大于入射太赫兹波束直径的I. 3倍。参见图4。下面以单元尺寸为76 mX 76 m的正方形太赫兹可调多带吸波体为例，结合附图对本发明作具体描述。每个吸收体单兀最底层的含娃基底的横截面尺寸为76 ii mX76 ii m。位于娃基底之上的金属层2,其横截面尺寸也为76 u mX76m。位于金属层2之上的第一介质层,其横截面尺寸也为76 ^mX 76 ym。位于第一介质层之上的金属十字叉4。位于金属十字叉4之上的第二介质层，其横截面尺寸也为76iimX76iim。位于介质层之上的空心田字框5。吸波体单元结构示意图如附图I所示，金属十字叉4结构如图2所示，空心田字框5结构如图3所
/Jn o其中，金属十字叉4的几何中心与空心田字框5的几何中心重合，而且金属十字叉4的两金属条4-1的中心轴线与空心田字框5内部的四条金属叉齿5-1的中心轴线重合。金属层2、金属十字叉4和空心田字框5的材料都为金，介质体3的材料都是聚合物。金属层2、金属十字叉4和空心田字框5的厚度都为0. 2微米，第一介质层厚度为2. 4微米，第二介质层的厚度为4. 2微米。金属十字叉4的2条金属条4-1的线条宽度均为14微米，长度均为58微米。空心田字框5的金属框条5-2的线条宽度为5微米，金属框条5-2的4条边长均为58微米。空心田字框5内部四条金属叉齿5-1的长度为17微米，宽度为4微米。通过改变金属十字叉4的长度和宽度、空心田字框5的长度和线宽度、以及空心田字框5内部四体叉齿的长度和宽度，可以精确调控各个吸收峰的位置。以上是一个单元的情况，实际应用中需要由此单元组成二维阵列结构，在本实施例中，采用4个吸波体单元构成2X2 二维阵列结构的太赫兹频段可调多带吸波体，参见图
4。组成的阵列边 长由实际入射的太赫兹波束直径来决定，通常阵列边长大于入射太赫兹波束直径的I. 3倍。
权利要求
1.一种太赫兹频段可调多带吸波体，其特征在于包括至少4个呈矩阵排列的吸波体单元，其中每个吸波体单元均主要由含硅基体(I)、金属层(2)、介质体(3)、金属十字叉(4)和空心田字框(5)组成； 金属层(2)的上下表面分别与介质体(3)的下表面和含娃基体(I)的上表面相贴,其中介质体(3)位于金属层(2)的正上方、含硅基体(I)位于金属层(2)的正下方； 空心田字框(5)水平贴附于介质体(3)的上表面，金属十字叉(4)则水平嵌设在介质体(3)的中部，空心田字框(5)所处平面与金属十字叉(4)所处平面相平行； 金属十字叉(4)的几何中心与空心田字框(5)的几何中心重合，而且构成金属十字叉(4)的2条金属条(4-1)的中心轴线与构成空心田字框(5)的内部4条金属叉齿(5-1)的中心轴线重合。
2.根据权利要求I所述的一种太赫兹频段可调多带吸波体，其特征在于金属层(2)、金属十字叉(4)和空心田字框(5)由金属材料制成。
3.根据权利要求I所述的一种太赫兹频段可调多带吸波体，其特征在于金属层(2)、金属十字叉(4)和空心田字框(5)的厚度均为0. I I. O微米。
4.根据权利要求I所述的一种太赫兹频段可调多带吸波体，其特征在于介质体(3)由聚合物或者氧化物制成。
5.根据权利要求I所述的一种太赫兹频段可调多带吸波体，其特征在于金属层(2)与金属十字叉⑷之间的距离、以及空心田字框(5)与金属十字叉⑷之间的距离均介于0.2 10微米之间。
6.根据权利要求I所述的一种太赫兹频段可调多带吸波体，其特征在于每个吸波体单元的横剖面均为正方形。
7.根据权利要求I所述的一种太赫兹频段可调多带吸波体，其特征在于矩阵的边长大于入射太赫兹波束的I. 3倍。
全文摘要
本发明公开一种太赫兹频段可调多带吸波体，包括至少4个呈矩阵排列的吸波体单元，其中每个吸波体单元均主要由含硅基体、金属层、介质体、金属十字叉和空心田字框组成。金属层的上下表面分别与介质体的下表面和含硅基体的上表面相贴。空心田字框水平贴附于介质体的上表面，金属十字叉则水平嵌设在介质体的中部，空心田字框所处平面与金属十字叉所处平面相平行。金属十字叉的几何中心与空心田字框的几何中心重合，而且构成金属十字叉的2条金属条的中心轴线与构成空心田字框的内部4条金属叉齿的中心轴线重合。本发明能够有效提高吸收峰数量，并可对各个吸收峰位置的精确调控。
文档编号G01J3/02GK102620824SQ20121011077
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者张文涛, 彭智勇, 李智, 熊显名, 牛军浩, 胡放荣 申请人:桂林电子科技大学
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