用于热电堆探测器的宽带超表面完美吸收器设计

摘要

宽带超表面完美吸收器以其高吸收率、超薄厚度和易于制备的优势，在热电堆红外探测器、热成像、微测辐射热计和热光伏太阳能转换多个领域中展现出巨大的应用潜力，但由于受到入射角度的影响，通常很难在宽带范围内保持高吸收性能。设计了一种用于红外热电堆的Ti/Ge/Si₃N₄/SiO₂/Ti中红外宽带超表面完美吸收器，时域有限差分模拟表明，该吸收器在8～14μm波长范围内平均吸收率为90.5%，且在8.786μm和13.181μm处的吸收率分别为99.6%和97.1%，相对吸收带宽可达到15.9%。经理论计算分析得到，这种高效的吸收行为是由于超表面周期性结构激发的等离子体共振和吸收器自身结构谐振混合的共同作用。与热电堆红外探测器集成后，热端和冷端之间的温差提升27%，器件性能得到有效提升。

关键词

光学器件 / 超表面 / 高吸收率 / 宽带 / 热电堆

基金资助

国家自然科学基金资助项目（62301509,62304209）; 山西省科技重大专项“揭榜挂帅”资助项目（202201030201010）; 山西省基础研究计划资助项目（202203021222079,20210302123203）