一种具有波长选择的中红外完美吸收器结构

技术领域

本发明属于红外完美吸收器技术领域，具体涉及具有DBR结构的滤波器件，可以制造出可调的宽光谱范围的窄带光源器件。

背景技术

近年来，因为传感器系统对窄带光源的需求，导致窄带发射器研究越来越多。表面等离子体激元耦合的集体电子振荡和电磁场振荡，可在某些金属和介电材料之间的界面激发。但传统的表面等离子体激元具有超过真空中光的波矢，因此不能被简单入射到表面的光直接激发激发，需要复杂的纳米结构来实现表面等离子体共振，限制了表面等离子激元在中红外范围的应用。最近，提出的一种可以具有零平面波矢量的新形式的等离子体激元，Tamm等离子体激元(Tamm Plasmon Polaritons,TPPs)，又称光学Tamm态。已经被证明存在于金属反射镜和分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector,DBR)之间的界面处。TPPs共振由自由空间光波直接激发且在金属膜/DBR结构任意一侧均可。Tamm等离子体激元与腔模的共振波长与DBR和金属膜的参数密切相关。通过调节DBR间介质腔和金属膜，Tamm等离子体激元与腔模式发生强耦合从而调节共振波长。

具有DBR或者金属反射镜的法布里波罗(F-P)以及Tamm等离子结构。应用在中红外光谱范围的，在DBR和TiN之间插入一个光学腔制作一个窄带滤波器。混合结构的共振波长可以简单地通过改变腔的厚度沿着DBR阻带移动，实现中红外宽频谱范围可调。混合结构的共振波长相对较小的偏振相关性和低背景发射使得这种混合结构优于MIM结构的发射器。该结构具有突出的光学性能和易于制造的优点，将会使其广泛用于各种中红外应用中。

发明内容

本发明提出了种具有波长选择的中红外完美吸收器结构，通过选择合适的材料以及厚度配比，并改变光学腔的厚度，实现中红外光谱范围内可调节的窄带滤波功能。这种方案有助于实现窄带光源器件的研究。

本发明采用的技术方案是：

一种具有波长选择的中红外完美吸收器结构，其特征在于该结构由DBR结构和光学腔、金属层以及基底构成，其中层1为基底层，层2为金属层，层3为光学腔层，高折射率层4、低折射率5、高折射率6构成DBR结构。

所述的基底层1为Si、FTO、ITO、InP、SiC中的一种，其厚度在200nm～500nm

之间。

所述的金属层2为TiN、Au、Ge、Cr、Ti中的一种，其厚度在30nm～150nm之间。

所述的光学腔层3为NaF、SiO2、Al2O3、LiF、TiO2中的一种，其厚度在

400nm～900nm之间。

所述的高折射率层4为MoS2、Ge、Si、MoTe2、GaAs中的一种，其厚度在

100nm～300nm之间。

所述的低折射率层5为NaF、SiO2、Al2O3、LiF、TiO2中的一种，其厚度在

700nm～2000nm之间。

所述的高折射率层6为MoS2、Ge、Si、MoTe2、GaAs中的一种，其厚度在

100nm～300nm之间。

本发明的有益效果是：结构简单，光学腔和Tamm等离子体(TP)模式耦合，所以其共振由自由空间光波直接激发。该结构共振波长可以通过改变腔的厚度来调节，从而在中红外宽频谱范围内实现可调的窄带滤波功能。另一方面，根据基尔霍夫定律，对于此类互易材料其吸收率与辐射率相同，本发明同时也提供了一种窄带单波长的红外辐射光源。

附图说明

图1为本发明一种具有波长选择的中红外完美吸收器结构示意图

图2为本发明实施例1结构示意图。

图3为本发明实施例1的吸收光谱图。

图4为本发明实施例2结构示意图。

图5为本发明实施例2的吸收光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种具有波长选择的中红外完美吸收器结构进一步详细描述。图2为本发明的一种实施例，该实施例中基底层1为Si厚度为400nm、金属层2为TiN厚度为120nm、光学腔层3为NaF厚度为500nm、DBR结构中高折射率层4为MoS2厚度为140nm、低折射率层5为NaF厚度为1700nm、高折射率层6为MoS2厚度为140nm。当太阳光从表面，也就是从高折射率层6背离基底一侧入射时，金属反射镜和DBR)之间的界面处产生Tamm等离子体激元(Tamm Plasmon Polaritons,TPPs)，TPPs共振具有偏振不敏感，低损耗的优点，从而该结构的吸收光谱中该波段呈现接近于零的反射率。图3为该结构的吸收光谱，其反射光谱中波长为6.2μm时，吸收率为接近为1的完美吸收，从而实现了中红外范围内的窄带完美吸收功能。

实施例2为实施例1的一个简单变化。图3为实施例2的结构图。该实施例中基底层1为Si厚度为400nm、金属层2为TiN厚度为120nm、DBR结构中高折射率层4为MoS2厚度为140nm、低折射率层5为NaF厚度为1700nm、高折射率层6为MoS2厚度为140nm。该实施例中仅将实施例1中光学腔层3NaF厚度分别改为300nm、400nm、500nm、600nm。由于光学腔NaF的厚度发生改变，不同厚度下Tamm等离子体激元与腔模式在不同波长下发生强耦合，从而在中红外光谱范围内调节共振波长，本例中光学腔NaF厚度改变了300nm，波长偏移量为1.5μm。所构成的完美吸收器件实现了中红外范围内的宽光谱可调功能。