摩方精密(mi)3D打印超寬(kuan)帶(dai)太(tai)赫茲(zi)超材料(liao)吸波器

 太(tai)赫茲(zi)波，指(zhi)頻(pin)率(lv)為0.1-10 THz的電(dian)磁(ci)波，位於微(wei)波和(he)紅(hong)外之間，屬(shu)於電(dian)子學與光子學的過渡區間。由(you)於具有(you)光子能量低、穿透(tou)力(li)強(qiang)、特(te)征(zheng)光譜分辨(bian)能力(li)好(hao)等屬(shu)性，太(tai)赫茲(zi)技(ji)術在生物傳(chuan)感(gan)、無(wu)損(sun)檢測以及(ji)高(gao)速(su)無(wu)線通(tong)訊(xun)等(deng)領(ling)域具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的應用前景(jing)。然(ran)而，由於(yu)自(zi)然界中的(de)天(tian)然(ran)材料(liao)在太(tai)赫茲(zi)頻段沒(mei)有(you)電(dian)磁(ci)響(xiang)應，導(dao)致太(tai)赫茲(zi)頻段的功能材料(liao)和(he)器件(jian)非(fei)常(chang)匱(kui)乏(fa)，這(zhe)也(ye)是造成太(tai)赫茲(zi)技(ji)術尚未廣泛(fan)應用的重(zhong)要(yao)原因(yin)。THz超材料(liao)，壹種新(xin)型的(de)周期性人(ren)工(gong)電(dian)磁(ci)材料(liao)，其性質(zhi)主(zhu)要(yao)取決(jue)於(yu)所設(she)計(ji)的(de)結(jie)構(gou)，通(tong)過特(te)定的(de)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)，可(ke)獲(huo)得(de)與(yu)自(zi)然界已知材料(liao)截(jie)然不(bu)同的(de)電(dian)磁(ci)性質(zhi)，從(cong)而實現(xian)豐(feng)富(fu)的功(gong)能器件(jian)，如(ru)吸波器、調(tiao)制(zhi)器和(he)偏振轉(zhuan)換器等。目(mu)前(qian)常(chang)見的(de)太(tai)赫茲(zi)超材料(liao)，主(zhu)要(yao)由光刻(ke)工藝制(zhi)備(bei)得(de)到，存(cun)在制(zhi)備(bei)工(gong)藝復雜、加工(gong)成本(ben)高(gao)的問題。此(ci)外，目(mu)前(qian)寬(kuan)帶(dai)吸波器常采用上下重(zhong)疊式(shi)多層(ceng)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)，其在太(tai)赫茲(zi)頻段所需的多(duo)步(bu)光刻(ke)工藝更(geng)是(shi)進(jin)壹步(bu)提高(gao)了加工(gong)難度及(ji)成(cheng)本(ben)。因(yin)此(ci)，探索(suo)太(tai)赫茲(zi)器件(jian)的(de)無(wu)光刻(ke)、低成(cheng)本(ben)、簡(jian)單高(gao)效的(de)制(zhi)備(bei)方法(fa)獲(huo)得(de)超寬(kuan)帶(dai)太(tai)赫茲(zi)吸波器，將有(you)利(li)於促(cu)進太(tai)赫茲(zi)技(ji)術的繁榮發(fa)展(zhan)。

    近日(ri)，西安交通(tong)大學張(zhang)留洋(yang)教授(shou)課(ke)題組(zu)提出了壹種偏振不(bu)敏(min)感(gan)的(de)超寬(kuan)帶(dai)太(tai)赫茲(zi)吸波器設(she)計(ji)及(ji)其制(zhi)備(bei)方法(fa)，該(gai)超寬(kuan)帶(dai)吸波器由疊堆(dui)於(yu)類(lei)寶(bao)塔基底表(biao)面(mian)的(de)多(duo)層環(huan)形諧振器構(gou)成，通(tong)過相(xiang)鄰諧振器共振模(mo)式(shi)的重(zhong)疊實(shi)現(xian)帶(dai)寬(kuan)的(de)擴展，最終通(tong)過疊堆12層圓形(xing)和(he)環(huan)形諧振器實現(xian)1.07-2.88 THz頻(pin)段(duan)的近。完(wan)。美吸收。該(gai)研(yan)究(jiu)結(jie)合(he)微尺(chi)度3D打印技(ji)術（nanoArch S130，摩方精密(mi)）制(zhi)備(bei)得(de)到實(shi)驗(yan)樣(yang)件(jian)，實(shi)驗(yan)測試結(jie)果(guo)驗(yan)證了(le)寬(kuan)帶(dai)吸收機理的準確性。該(gai)成果以(yi)“Three-Dimensional Printed Ultrabroadband Terahertz Metamaterial Absorbers"為題發(fa)表(biao)於國際期(qi)刊(kan)Physical Review Applied上，該(gai)研(yan)究(jiu)工作由(you)西安交通(tong)大學機械工程(cheng)學院博(bo)士(shi)生(sheng)沈(shen)忠磊與(yu)碩(shuo)士(shi)生(sheng)李(li)勝(sheng)男共(gong)同合(he)作完(wan)成(cheng)。

圖(tu)1 具(ju)有(you)面(mian)外(wai)形(xing)態的太(tai)赫茲(zi)吸波器結(jie)構(gou)示意(yi)圖

圖(tu)2 太(tai)赫茲(zi)超寬(kuan)帶(dai)吸收譜

    通(tong)過結(jie)合(he)微尺(chi)度3D打印技(ji)術，超寬(kuan)帶(dai)太(tai)赫茲(zi)吸波器可(ke)由簡(jian)單的(de)三步(bu)工藝制(zhi)備(bei)得(de)到。其中(zhong)，周(zhou)期性陣列的(de)三維類(lei)寶(bao)塔結(jie)構(gou)采用面(mian)投(tou)影(ying)微(wei)立(li)體(ti)光刻(ke)3D打印技(ji)術（nanoArch S130，摩(mo)方精密(mi)）加工(gong)得(de)到。實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)：得(de)益(yi)於(yu)高(gao)精度的微(wei)尺(chi)度3D打印技(ji)術，測試所得(de)的(de)寬(kuan)帶(dai)吸收譜諧振(zhen)頻率(lv)和(he)吸收幅值(zhi)均與(yu)數(shu)值(zhi)模(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)較(jiao)為吻合(he)。

圖(tu)3 太(tai)赫茲(zi)超寬(kuan)帶(dai)吸波器實驗(yan)驗(yan)證（其中(zhong)單(dan)元周(zhou)期Px=Py=185μm，頂(ding)層圓形(xing)諧(xie)振器半(ban)徑(jing)r12=10μm, 疊(die)堆(dui)環(huan)形諧振器寬(kuan)度w=6μm，疊堆(dui)層(ceng)厚(hou)Dt=10μm）

    此(ci)外，文(wen)章進(jin)壹步(bu)證明(ming)了(le)該(gai)制(zhi)備(bei)方法(fa)之於(yu)常(chang)見太(tai)赫茲(zi)窄帶吸波器制(zhi)備(bei)的(de)適(shi)用性。實驗(yan)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)：兩(liang)種太(tai)赫茲(zi)窄帶吸波器的吸收譜測試結(jie)果(guo)與數(shu)值(zhi)模(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)和(he)理(li)論(lun)結(jie)果(guo)均較(jiao)為吻合(he)，表(biao)明(ming)基(ji)於(yu)微(wei)尺(chi)度3D打印技(ji)術的制(zhi)備(bei)方法(fa)同樣(yang)可(ke)實現(xian)對(dui)常(chang)見太(tai)赫茲(zi)窄帶吸波器的高(gao)質(zhi)量(liang)制(zhi)備(bei)。

圖(tu)4 太(tai)赫茲(zi)窄帶吸波器實驗(yan)驗(yan)證