本申請(qǐng)總體上涉及基于等離子體表面結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)選擇性表面，更具體地涉及具有多個(gè)諧振的波長(zhǎng)選擇性表面。

背景技術(shù)：

可以提供頻率選擇性表面以選擇性地減少入射電磁輻射的反射?？梢栽诤灻芾響?yīng)用中采用這樣的表面以減少雷達(dá)回波。這些應(yīng)用通常在電磁頻譜的射頻部分中使用。

在吉爾伯特的第6,538,596號(hào)美國(guó)專利中描述了在射頻應(yīng)用中使用布置在接地層上方的多個(gè)頻率選擇性表面。吉爾伯特依賴于提供虛擬連續(xù)四分之一波長(zhǎng)效應(yīng)的多個(gè)頻率選擇性表面。這樣的四分之一波長(zhǎng)效應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面上的場(chǎng)的消除。因此，雖然各個(gè)層可以以小于四分之一波長(zhǎng)(例如，λ/12或λ/16)間距開(kāi)，但吉爾伯特依賴于來(lái)自四個(gè)片中的三個(gè)的宏觀(遠(yuǎn)場(chǎng))諧振的疊加，使得所得到的結(jié)構(gòu)厚度將在四分之一波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)上。

在puscasu等人的第7,956,793號(hào)美國(guó)專利中描述了使用導(dǎo)電表面元件來(lái)產(chǎn)生可調(diào)諧吸收結(jié)構(gòu)/裝置。puscasu使用具有多個(gè)表面元件的單個(gè)傳導(dǎo)層來(lái)產(chǎn)生與表面元件的尺寸相關(guān)的可調(diào)諧主諧振。效率較低的次諧振由多個(gè)表面元件的中心到中心間距來(lái)限定。puscasu的諧振在電磁頻譜的可見(jiàn)光和紅外線部分產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到并且理解到需要在電磁頻譜的可見(jiàn)光部分和紅外線部分中具有多個(gè)高吸收和/或反射諧振的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)。

因此，一些實(shí)施方式涉及一種用于選擇性地對(duì)電磁可見(jiàn)光或紅外線輻射進(jìn)行反射或吸收的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括具有多個(gè)層的波長(zhǎng)選擇性表面，多個(gè)層包括：形成多個(gè)表面元件的復(fù)合層；電隔離中間層，其中，復(fù)合層與電隔離中間層的第一表面接觸；以及與電隔離中間層的第二表面接觸的連續(xù)導(dǎo)電層。復(fù)合層包括至少一個(gè)金屬層和至少一個(gè)電介質(zhì)層。波長(zhǎng)選擇性表面具有至少一個(gè)諧振頻帶，以用于基于多個(gè)表面元件與連續(xù)導(dǎo)電層之間的諧振電磁耦合來(lái)選擇性地對(duì)可見(jiàn)光或紅外線輻射進(jìn)行反射或吸收。

一些實(shí)施方式涉及選擇性地對(duì)電磁輻射進(jìn)行反射或吸收的方法。該方法包括提供包括多個(gè)層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)。多個(gè)層包括：具有多個(gè)表面元件的復(fù)合層；電隔離中間層，其中，復(fù)合層與電隔離中間層的第一表面接觸；以及與電隔離中間層的第二表面接觸的連續(xù)導(dǎo)電層。復(fù)合層包括至少一個(gè)金屬層和至少一個(gè)電介質(zhì)層。波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)諧振頻帶，以用于基于多個(gè)表面元件與連續(xù)導(dǎo)電層之間的諧振電磁耦合來(lái)選擇性地對(duì)可見(jiàn)光或紅外線輻射進(jìn)行反射或吸收。該方法還包括接收波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)處的入射電磁輻射，對(duì)入射電磁輻射在至少一個(gè)諧振吸收頻帶內(nèi)的第一部分進(jìn)行吸收，并且對(duì)入射電磁輻射在至少一個(gè)諧振吸收頻帶外的第二部分進(jìn)行反射。

附圖說(shuō)明

附圖并不是按比例繪制的。在附圖中，各個(gè)圖中所示的每個(gè)相同或幾乎相同的部件由相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見(jiàn)，并非每個(gè)部件在每個(gè)圖中都被標(biāo)注。在附圖中：

圖1示出了具有矩形陣列表面元件的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方式的俯視立體圖；

圖2示出了圖1的波長(zhǎng)選擇性表面的俯視平面圖；

圖3示出了具有六角形陣列的正方形表面元件的根據(jù)本發(fā)明的原理的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式的俯視平面圖；

圖4示出了具有兩個(gè)不同陣列的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式的俯視平面圖；

圖5示出了圖4的結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的俯視平面圖；

圖6示出了具有限定在復(fù)合層中的孔的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的俯視立體圖；

圖7a示出了圖1的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)沿a-a所截取的截面正視圖；

圖7b示出了圖6的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)沿b-b所截取的截面正視圖；

圖7c示出了僅具有在表面元件下方的中間層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的截面正視圖；

圖7d示出了具有第二中間層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的截面正視圖；

圖7e示出了在單個(gè)表面功件(feature)內(nèi)具有包括不同尺寸的金屬層的復(fù)合層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的截面正視圖；

圖8a示出了具有覆蓋復(fù)合層的上覆層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的截面正視圖；

圖8b示出了具有覆蓋復(fù)合層的上覆層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的截面正視圖；

圖8c示出了具有部分填充復(fù)合層的表面功件之間的間隙的上覆層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的截面正視圖；

圖8d示出了具有覆蓋復(fù)合層的共形上覆層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的替選實(shí)施方式的截面正視圖；

圖9以圖解形式示出了示例性反射率波長(zhǎng)響應(yīng)以及隨周期性和表面元件的尺寸變化的結(jié)果；

圖10以圖解形式示出了示例性反射率波長(zhǎng)響應(yīng)以及隨結(jié)構(gòu)內(nèi)的層之一的材料變化的結(jié)果；

圖11a以圖解形式示出了示例性反射率波長(zhǎng)響應(yīng)以及隨電介質(zhì)中間層的厚度變化的結(jié)果；

圖11b以圖解形式示出了根據(jù)一個(gè)雙頻帶實(shí)施方式的示例性反射率波長(zhǎng)響應(yīng)；

圖11c以圖解形式示出了根據(jù)一個(gè)雙頻帶實(shí)施方式的示例性吸收-波長(zhǎng)響應(yīng)；

圖11d以圖解形式示出了根據(jù)一個(gè)三頻帶實(shí)施方式的示例性吸收-波長(zhǎng)響應(yīng)；以及

圖11e以圖解形式示出了根據(jù)一個(gè)三頻帶實(shí)施方式的示例性吸收-波長(zhǎng)響應(yīng)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，設(shè)置在其自身位于傳導(dǎo)層表面上的電介質(zhì)表面上的多層表面元件導(dǎo)致電磁頻譜的可見(jiàn)光部分和紅外線部分中的多重諧振?？梢酝ㄟ^(guò)將表面元件制造成具有特定尺寸和/或形狀，和/或制造成以表面上的特定排列分布，和/或通過(guò)選擇形成結(jié)構(gòu)中的任何層的材料，和/或通過(guò)選擇該結(jié)構(gòu)的任何層的厚度來(lái)適當(dāng)?shù)貙?duì)諧振的峰值波長(zhǎng)、帶寬和效率進(jìn)行調(diào)諧。以這種方式，諧振可以與特定應(yīng)用感興趣的頻帶相匹配。例如，可以在電磁頻譜的短波紅外線(swir)部分、長(zhǎng)波紅外線(lwir)部分、中波紅外線(mwir)部分或可見(jiàn)光部分中分別對(duì)諧振進(jìn)行調(diào)諧。

在一些實(shí)施方式中，諧振可以是吸收諧振和/或反射諧振。可以通過(guò)在制造期間選擇波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的特性來(lái)“靜態(tài)地”對(duì)諧振進(jìn)行調(diào)諧。例如，可以選擇所使用的材料類型、多層表面元件的尺寸、多層表面元件之間的距離、多層表面元件中的金屬層的形狀、多層表面元件中的各個(gè)層的厚度、多層表面元件的陣列中的缺陷的引入、結(jié)構(gòu)中的任何層或特別是覆蓋多層表面元件的上覆層的形狀、材料和/或厚度，使得諧振中的一個(gè)或更多個(gè)諧振具有期望的特性。

在一些實(shí)施方式中，表面元件是設(shè)置在電絕緣中間層上的凸起“片”。在其他實(shí)施方式中，表面元件是形成在多層復(fù)合層中的孔。在一些實(shí)施方式中，表面元件的第一部分可以是孔，而表面元件的第二部分可以是片。

圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10。波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10包括至少三個(gè)可區(qū)分的層。第一層是包括表面元件20的排列的復(fù)合層12。復(fù)合層12包括圖1中未示出但在下面詳細(xì)討論的多個(gè)層。復(fù)合層12的表面元件20設(shè)置在包括連續(xù)導(dǎo)電片的內(nèi)層或接地層14之上的高度處。表面元件20的排列和接地層14通過(guò)設(shè)置在其間的中間層16而分開(kāi)。中間層16的至少一個(gè)功能是保持表面元件20的排列與接地層14之間的物理分離。中間層16還提供復(fù)合層12與接地層14之間的至少一些電隔離。

在一些實(shí)施方式中，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10暴露于入射電磁輻射22中。入射輻射22的可變部分耦合至波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10。如由相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)所確定的，耦合的程度至少部分地取決于入射輻射22的波長(zhǎng)和波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10的諧振波長(zhǎng)。耦合至波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10的輻射也可以被稱為吸收輻射。在其他非諧振波長(zhǎng)下，很大一部分入射輻射被反射24。

更詳細(xì)地，復(fù)合層12包括多個(gè)離散表面功件，例如，沿著中間層16的表面18以圖案布置的表面元件20。在一些實(shí)施方式中，表面功件20的排列的離散性質(zhì)要求各個(gè)表面元件20彼此隔開(kāi)。在這些實(shí)施方式中，表面元件之間不存在互連。然而，實(shí)施方式不限于此。在其他實(shí)施方式中，通過(guò)導(dǎo)電路徑可以存在兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)表面元件20的一個(gè)或更多個(gè)互連。盡管圖1中未示出，但是兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)表面元件可以電連接以形成產(chǎn)生新諧振的復(fù)合表面元件。例如，兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)表面元件可以通過(guò)至少一個(gè)金屬互連來(lái)連接?？商孢x地，兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)表面元件之間的互連可以由與各個(gè)表面元件本身相同的復(fù)合層形成。

包括表面元件20的排列的復(fù)合層12通常是平坦的，垂直于中間層表面18測(cè)量的尺寸、高度最小。然而，實(shí)施方式不限于具有表面元件20的平坦布置。在其他實(shí)施方式中，表面元件20的第一部分可以具有第一高度，并且表面元件20的第二部分可以具有不同于第一高度的第二高度。通常，每個(gè)表面元件20限定表面形狀和垂直于中間層表面18測(cè)量的高度或厚度。通常，表面形狀可以是任何形狀，例如，封閉或開(kāi)放曲線、正多邊形、不規(guī)則多邊形、具有三個(gè)或更多個(gè)分支(leg)的星形以及由包括一個(gè)或更多個(gè)曲線和線的分段連續(xù)表面限制的其他封閉結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，表面形狀可以包括環(huán)形功件，例如，具有開(kāi)放中心區(qū)域的環(huán)形片。更一般地，環(huán)形功件具有限定片的外部形狀的外周界和限定片的開(kāi)放內(nèi)部區(qū)域的形狀的內(nèi)周界。外周界和內(nèi)周界中的每一個(gè)可以具有相似形狀(如在環(huán)形結(jié)構(gòu)中)或不同形狀。內(nèi)周界和外周界的形狀可以包括上面列出的任何封閉形狀(例如，具有方形開(kāi)放中心的圓形片)?？赡艿男螤畹姆窃敱M清單包括：圓形；橢圓形；圓形環(huán)；矩形；正方形；方形環(huán)；三角形；六邊形；八邊形；平行四邊形；十字形；耶路撒冷十字形；雙圓形；開(kāi)放的圓形環(huán)；以及開(kāi)放的方形環(huán)。

雖然圖1示出了形狀、尺寸、間距、層數(shù)、材料類型和層厚度均相同的所有表面元件，但是在一些實(shí)施方式中，表面元件的形狀、尺寸和間距、層數(shù)、材料類型和層厚度可以彼此不同。例如，一些實(shí)施方式可以包括表面元件的兩種交疊的周期圖案，每種周期圖案與不同的一組特性相關(guān)聯(lián)。在其他實(shí)施方式中，可以通過(guò)例如將每第n個(gè)表面元件相對(duì)于陣列的周期性略微移位和/或針對(duì)每第n個(gè)表面元件使用不同尺寸或形狀的表面元件來(lái)對(duì)表面元件的陣列引入缺陷。在其他實(shí)施方式中，每第n個(gè)表面元件可以是不同尺寸(略大或略小)、不同形狀、不同材料或不同厚度。這樣的缺陷可能增加一個(gè)或更多個(gè)諧振和/或影響不存在所述缺陷的諧振的特性。通常，并非所有的表面元件在組成、形狀、尺寸或材料方面都必須相同。此外，并非所有的表面元件都必須是同一類型。例如，表面元件的第一部分可以是片，而元件的第二部分可以是孔。

此外，如隨后結(jié)合圖7a至圖8d所描述的，每個(gè)表面元件內(nèi)的層可以具有相同的尺寸和形狀。然而，實(shí)施方式不限于此。在一些實(shí)施方式中，在每個(gè)表面元件內(nèi)，不同的層可以具有不同的形狀和尺寸。例如，表面元件的第一金屬層的直徑可以大于同一表面元件的第二金屬層的直徑。此外，第一金屬層和/或電介質(zhì)層的形狀可以與該表面元件的第二金屬層的形狀不同。

表面元件20中的每一個(gè)可以包括包含導(dǎo)電材料、介電材料和/或半導(dǎo)體材料的多個(gè)層。例如，在一些實(shí)施方式中，表面元件20形成在包括電介質(zhì)層和金屬層的交替層的復(fù)合層中。

傳導(dǎo)材料可以包括但不限于：普通金屬導(dǎo)體，例如，鋁、銅、金、銀、鐵、鎳、錫、鉛、鉑、鈦、鉭和鋅；一種或更多種金屬以疊加多層形式的組合或金屬合金，例如，鋼；以及陶瓷導(dǎo)體，例如，銦錫氧化物和鈦氮化物。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料可以包括類金屬材料，例如，摻雜有一種或更多種雜質(zhì)以增加導(dǎo)電性的重?fù)诫s半導(dǎo)體。

表面元件20的半導(dǎo)體材料可以包括但不限于：硅和鍺；化合物半導(dǎo)體，例如，碳化硅、砷化鎵和磷化銦；以及合金，例如，硅鍺和砷化鋁鎵。

表面元件20的介電材料可以由電絕緣材料形成。介電材料的一些示例包括：二氧化硅(sio2)；氧化鋁(al2o3)；氮氧化鋁；氮化硅(si3n4)。其他示例性電介質(zhì)包括聚合物、橡膠、硅橡膠、纖維素材料、陶瓷、玻璃和晶體。介電材料還包括：半導(dǎo)體，例如，硅和鍺；化合物半導(dǎo)體，例如，碳化硅、砷化鎵和磷化銦；以及合金，例如硅鍺和砷化鋁鎵；及其組合。

接地層14可以由上述導(dǎo)電材料中的任何一種形成。

中間層16可以由上述電絕緣材料中的任何一種形成。由于介電材料往往將電場(chǎng)集中在其自身內(nèi)，所以中間電介質(zhì)層16可以進(jìn)行相同的操作，從而將感應(yīng)電場(chǎng)集中在表面元件20中的每一個(gè)與接地層14的近側(cè)區(qū)之間。有利地，電場(chǎng)的這樣的集中往往使表面元件20的排列與接地層14的電磁耦合增強(qiáng)。

介電材料可以通過(guò)表示其物理性質(zhì)的參數(shù)來(lái)表征，例如，折射系數(shù)的實(shí)部和虛部通常被稱為“n”和“k”。盡管可以使用這些參數(shù)的常數(shù)值n、k來(lái)獲得材料性能的估計(jì)，但是這些參數(shù)通常是依賴于物理可實(shí)現(xiàn)材料的波長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，中間層16包括所謂的高k材料。這樣的材料的示例包括其k值可以在0.001至10的范圍內(nèi)的氧化物。

表面元件20的排列可以以非陣列布置或中間層表面18上的陣列來(lái)配置?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10包括表面元件20的陣列，每個(gè)表面元件20是復(fù)合層12的一部分。多個(gè)表面元件20沿著中間層表面18布置在正方形柵格中。正方形柵格或矩陣布置是規(guī)格陣列的示例，意味著相鄰表面元件20之間的間距基本上是均勻的。規(guī)格陣列或柵格的其他示例包括六邊形柵格、三角形柵格、斜柵格、居中的矩形柵格以及阿基米德柵格。在一些實(shí)施方式中，陣列可以是不規(guī)則的，甚至是隨機(jī)的。各個(gè)元件20中的每一個(gè)的形狀可以基本上相同(例如，所示的圓形形狀)或不同。

盡管示出并描述了平坦的元件，但是其他形狀也是可以的。例如，多個(gè)表面元件20中的每一個(gè)可以具有相對(duì)于中間層表面18不平坦的剖面，例如，平行六面體、立方體、圓頂、金字塔、梯形或更一般地為任何其他形狀。以這種方式，在表面元件20內(nèi)處于第一高度的第一金屬層的尺寸可以與在同一表面元件20內(nèi)處于第二高度的第二金屬層的尺寸不同。與其他現(xiàn)有技術(shù)相比，一些實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于放寬了表面的制造公差。高場(chǎng)區(qū)存在于多個(gè)表面元件20中的每一個(gè)的下方、表面元件20與接地層14的相應(yīng)區(qū)域之間。表面元件還在其本身之間耦合，從而產(chǎn)生不同的諧振，這可能受不同表面元件之間的距離的影響更大。

更詳細(xì)地，圖2所示的圓形元件20中的每一個(gè)具有相應(yīng)的直徑d。在一些實(shí)施方式中，該直徑d是表面元件的“大小”。在示例性正方形柵格中，圓形元件20中的每一個(gè)以中心到中心測(cè)量的均勻柵格間距a與其四個(gè)緊鄰的表面元件20分開(kāi)。在一些實(shí)施方式中，該距離a是表面元件之間的“間距”。然而，實(shí)施方式不限于單個(gè)尺寸和單個(gè)間距。例如，具有第一間距和第一形狀的表面元件的第一規(guī)則柵格可以疊加在具有第二間距和第二形狀的表面元件的第二規(guī)則柵格上。以這種方式，可以產(chǎn)生多個(gè)諧振。

圖3示出了包括表面元件42的六邊形排列或陣列的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)40的替選實(shí)施方式。離散表面元件中的每一個(gè)包括側(cè)面尺寸為d'的正方形表面元件44。在一些實(shí)施方式中，該側(cè)面尺寸d'是表面元件的“大小”。六邊形陣列42的緊鄰元件44之間的中心到中心的間距為約a'。在一些實(shí)施方式中，該距離a'是表面元件的“間距”。為了在電磁頻譜的紅外線部分中形成諧振，直徑d'可以為例如約0.5微米(針對(duì)近紅外線)至50微米(針對(duì)遠(yuǎn)紅外線和太赫茲)之間，應(yīng)當(dāng)理解，任何這樣的限制不固定，并且會(huì)根據(jù)諸如折射系數(shù)(n)、吸收系數(shù)(k)和層的厚度等因素而變化。

陣列間距a可以如所期望的那樣小，只要表面元件20彼此不接觸即可。因此，最小間距將在一定程度上取決于表面功件20的尺寸。也就是說(shuō)，最小間距必須大于表面元件的最大直徑(即，a>d)。表面元件可以如所期望地分開(kāi)那樣遠(yuǎn)，但是由于總表面被表面元件覆蓋的部分降至低于10％，吸收響應(yīng)可能會(huì)受到柵格間距增加的影響。因此，在一些實(shí)施方式中，總表面被表面元件覆蓋超過(guò)10％、超過(guò)15％或超過(guò)20％。

在一些實(shí)施方式中，沿著波長(zhǎng)選擇性表面的同一外部復(fù)合層提供了多于一種的均勻尺寸功件的排列。圖4所示的是具有沿同一表面設(shè)置的兩種不同的表面功件的排列102a、102b(一般為102)的一種這樣的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)100的平面圖。第一排列102a包括均勻尺寸圓形片104a的三角形陣列或柵格，其中每個(gè)具有直徑d1并且以均勻的柵格間距a與其最近鄰分開(kāi)。類似地，第二排列102b包括均勻尺寸圓形片104b的三角形柵格，其中每個(gè)具有直徑d2并且以均勻的柵格間距a與其最近鄰分開(kāi)。在圓形片104a、104b之間可見(jiàn)的是中間層的外表面18。排列102a、102b中的每一個(gè)占據(jù)中間層表面18的相應(yīng)的非交疊區(qū)106a、106b。除了在同一表面18上存在兩種不同的排列102a、102b以外，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)100基本上類似于上文所述的其他波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)100還包括接地層14(在該視圖中不可見(jiàn))和設(shè)置在接地層14與圓形片104a、104b的底表面之間的中間絕緣層16。

不同排列102a、102b中的每一個(gè)與另一個(gè)的不同之處在于不同圓形片104a、104b的相應(yīng)直徑(即，d2>d1)。其他設(shè)計(jì)屬性，包括形狀(即，圓形)、柵格格式(即，三角形)和兩個(gè)排列102a、102b的柵格間距基本上相同。多諧振結(jié)構(gòu)的其他變型也是可以的，其中兩個(gè)或更多個(gè)不同的表面排列根據(jù)以下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)彼此不同：形狀；尺寸；柵格格式；間距；以及材料的選擇。尺寸包括波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)100的多個(gè)層14、16、102中的每一個(gè)的厚度。也可以在區(qū)域106a、106b中的一個(gè)或更多個(gè)中使用不同的材料。例如，在一個(gè)區(qū)域106a中布置金圓形片102a，而在另一個(gè)區(qū)域106b中布置鋁圓形片102b。

在操作中，不同區(qū)域106a、106b中的每一個(gè)將分別有助于來(lái)自同一波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)100的不同諧振。因此，一個(gè)結(jié)構(gòu)可以被配置成選擇性地對(duì)多于一個(gè)光譜區(qū)內(nèi)的入射電磁輻射提供諧振響應(yīng)。這樣的特征在ir應(yīng)用中是有利的，其中波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)100在多于一個(gè)ir頻帶中提供諧振吸收峰。因此，可以在3微米至5微米的ir波段內(nèi)提供第一諧振峰，而同時(shí)可以在7微米至14微米的ir波段內(nèi)提供第二諧振峰，使得同一結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)對(duì)在兩個(gè)ir波段中的任一個(gè)中操作的ir檢測(cè)器可見(jiàn)。

在一些實(shí)施方式中，不同排列102a'和102b'可以在同一區(qū)域的至少一部分內(nèi)交疊。圖5所示的一個(gè)實(shí)施方式包括基本上完全交疊，其中第一排列102a'包括具有第一直徑d1的均勻尺寸圓形片104a'的三角形柵格，第二排列102b'包括具有第二直徑d2的均勻尺寸圓形片104b'的三角形柵格，第一排列102a'與第二排列102b'置于同一區(qū)域中。每個(gè)排列102a'、102b'的柵格間距為a。當(dāng)暴露于入射電磁輻射中時(shí)，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)100'將產(chǎn)生多于一種諧振特征，每種諧振特征對(duì)應(yīng)于不同排列102a'、102b'中對(duì)應(yīng)的一個(gè)。與前面的示例一樣，可以在不同排列102a'、102b'之間變化的參數(shù)中的一個(gè)或更多個(gè)包括：形狀；尺寸；柵格格式；間距；以及材料的選擇。

在其他實(shí)施方式中(未示出)，與上述關(guān)于圖4和圖5所描述的結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)形成有互補(bǔ)表面。因此，單個(gè)結(jié)構(gòu)可以包括形成在上述復(fù)合層中并且與公共接地層隔離的通孔的兩種或更多種不同布置。通孔尺寸、形狀、柵格格式、柵格間距、厚度和材料中的一個(gè)或更多個(gè)可以變化以區(qū)分兩種或更多種不同排列。再次，所得到的結(jié)構(gòu)針對(duì)兩種或更多種不同排列中的每一種呈現(xiàn)出至少一個(gè)相應(yīng)的諧振特征。

圖6中示出一組(family)可替選的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)30的示例性實(shí)施方式。替選波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)30還包括堆疊在接地層14上的中間層16。然而，包含至少一個(gè)金屬層和至少一個(gè)電介質(zhì)層的復(fù)合層32包括互補(bǔ)功件34。包括在復(fù)合層32中的互補(bǔ)功件34限定通孔、孔或穿孔的布置。

復(fù)合層32可以形成為具有均勻厚度。通孔34的布置包括多個(gè)單獨(dú)通孔36，其中每一個(gè)使中間層16的相應(yīng)表面區(qū)域38露出。通孔36中的每一個(gè)形成由形成在復(fù)合層32內(nèi)的封閉周界限制的相應(yīng)形狀。每個(gè)通孔36的形狀包括上面參考表面元件20(圖1)、44(圖3)所描述的任何形狀。

此外，通孔36可以根據(jù)上面參考表面元件20、44所描述的任何配置來(lái)布置。這包括正方形柵格、矩形柵格、斜柵格、居中的矩形柵格、三角形柵格、六邊形柵格以及隨機(jī)柵格。因此，表面元件36的任何可能的排列以及相應(yīng)的中間層表面18的露出區(qū)域可以以互補(bǔ)方式來(lái)復(fù)制，因?yàn)楸砻嬖?0由通孔36代替并且中間層表面18的露出區(qū)域由復(fù)合層32代替。

圖7a中示出了波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10的截面正視圖。導(dǎo)電接地層14具有基本均勻的厚度hg。中間層16具有基本均勻的厚度hd，并且包括多個(gè)表面元件20的復(fù)合層12具有基本均勻的厚度hp。不同的層12、14、16可以在其間沒(méi)有間隙的情況下進(jìn)行堆疊，使得所得到的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10的總厚度ht基本上等于三個(gè)單獨(dú)層14、16、12中的每一個(gè)的厚度之和(即，ht＝hg+hd+hp)。圖7b中示出了互補(bǔ)波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)30的截面正視圖并且包括三個(gè)層14、16、32的類似排列。

復(fù)合層12和復(fù)合層32均包括第一金屬層21、電介質(zhì)層23和第二金屬層25。然而，實(shí)施方式不限于該數(shù)目的金屬層和電介質(zhì)層。在一些實(shí)施方式中，復(fù)合層12和復(fù)合層32可以包括三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)金屬層。每個(gè)金屬層可以被至少一個(gè)電介質(zhì)層分開(kāi)。在一些實(shí)施方式中，多個(gè)金屬層中的每一個(gè)可以由不同的金屬形成，并且每個(gè)電介質(zhì)層可以由不同的介電材料形成。在其他實(shí)施方式中，一些金屬層可以由相同金屬材料形成，并且一些電介質(zhì)層可以由相同介電材料形成。如同由波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10的設(shè)計(jì)所確定的，各個(gè)金屬層21和25中的每一個(gè)以及電介質(zhì)層23的厚度或高度可以不同。此外，層中的每一個(gè)不限于具有恒定厚度。層中的任何一個(gè)層的厚度在每個(gè)表面元件內(nèi)或表面元件之間可以變化。

在一些實(shí)施方式中，中間絕緣層相對(duì)于接地層具有不均勻的厚度。例如，中間層可以在離散傳導(dǎo)表面元件中的每一個(gè)下方具有第一厚度hd，并且在未被表面元件覆蓋的區(qū)域處具有不同的厚度或高度。重要的是，在表面元件中的每一個(gè)下方提供足夠的絕緣材料層以保持設(shè)計(jì)分離并且提供表面元件與接地層之間的隔離。在至少一個(gè)示例中，除了在表面元件緊下方的那些區(qū)域以外，可以基本上去除所有區(qū)域處的絕緣材料。該實(shí)施方式的示例在圖7c中示出，圖7c示出了在每個(gè)表面元件緊下方分離成多個(gè)離散元件的中間層16。在其他實(shí)施方式中，絕緣層可以包括變型，例如，表面元件之間的錐形。本發(fā)明設(shè)計(jì)的至少一個(gè)益處是放寬了設(shè)計(jì)公差，從而使結(jié)構(gòu)的制造簡(jiǎn)化。

對(duì)于波長(zhǎng)選擇性表面10、30的各種實(shí)施方式，針對(duì)各個(gè)層12、32、16、14中的每一個(gè)選擇的厚度(hp、hd、hg)以及金屬層21和25以及電介質(zhì)層23中的每一個(gè)的厚度可以獨(dú)立地變化。例如，接地層14可以形成為相對(duì)較厚且為剛性，以為中間層16以及復(fù)合層12、32提供支撐結(jié)構(gòu)。可替選地，接地層14可以形成為薄的層，只要薄的接地層14形成提供連續(xù)接地的材料的基本上連續(xù)導(dǎo)電層。優(yōu)選地，接地層14至少與感興趣的光譜區(qū)內(nèi)的一個(gè)集膚深度一樣厚。在一些實(shí)施方式中，接地層14可以在感興趣的光譜區(qū)內(nèi)是不透明的。因此，電磁輻射通過(guò)波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的透射為零，并且來(lái)自波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的吸收和反射的總和等于1。換言之，吸收和反射是互補(bǔ)的。類似地，在波長(zhǎng)選擇性表面10、30的不同實(shí)施方式中，相應(yīng)的復(fù)合層12、32可以形成有從相對(duì)較薄到相對(duì)較厚的厚度hp。在相對(duì)薄的實(shí)施方式中，復(fù)合層厚度hp可以是使中間層表面18不透明所需的最小厚度。優(yōu)選地，復(fù)合層12、32至少與感興趣的光譜區(qū)內(nèi)的一個(gè)集膚深度一樣厚。在一些實(shí)施方式中，金屬層21和25中的每一個(gè)至少與感興趣的光譜區(qū)內(nèi)的一個(gè)集膚深度一樣厚。

同樣地，中間層厚度hd可以形成為如所期望的那樣薄，只要在外導(dǎo)電層12、32和內(nèi)導(dǎo)電層14之間保持電隔離即可。也可以確定最小厚度以防止在最高預(yù)期的感應(yīng)電場(chǎng)下在隔離的傳導(dǎo)層之間產(chǎn)生電弧?？商孢x地，中間層厚度hd可以形成得相對(duì)厚。厚度的概念可以相對(duì)于操作的電磁波長(zhǎng)λc或諧振波長(zhǎng)來(lái)定義。作為示例而非限制，中間層厚度hd可以在約0.01倍λc(在相對(duì)薄的實(shí)施方式中)至約0.5倍λc(在相對(duì)厚的實(shí)施方式中)之間選擇。

參照?qǐng)D7d，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)38的截面圖包括設(shè)置在接地層14上方的包括多個(gè)表面功件20的復(fù)合層12，其中，中間絕緣層16設(shè)置在表面功件20與接地層14之間。波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)38還包括設(shè)置在絕緣層的頂表面18與表面功件20的底表面之間的第二中間層39。第二層39也是絕緣材料，使得各個(gè)表面功件20保持離散并且對(duì)于非時(shí)變電激勵(lì)彼此電隔離。例如，第二中間層39可以由被選擇為材料性能n、k不同于第一中間層16的材料性能的介電材料形成?？梢允褂萌魏谓殡姴牧?，包括本文中所描述的任何介電材料?？商孢x地或另外地，第二中間層39可以由半導(dǎo)體材料形成。在半導(dǎo)體包括電絕緣模式的條件下，可以使用任何半導(dǎo)體，包括本文中所描述的那些半導(dǎo)體和半導(dǎo)體化合物。更一般地，可以在波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)38的三個(gè)層14、16、20中的任何兩個(gè)之間設(shè)置具有上面關(guān)于第二中間層39所描述的物理性質(zhì)的第四層。

參照?qǐng)D7e，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10的截面圖包括設(shè)置在接地層14上方的包括多個(gè)表面功件20的復(fù)合層12，其中，中間絕緣層16設(shè)置在表面功件20與接地層14之間。在該具體實(shí)施方式中，每個(gè)表面功件20包括第一金屬層21和第二金屬層25，每個(gè)金屬層具有不同的特征尺寸。例如，如圖所示，第一金屬層21是具有第一直徑d1的圓形片，并且第二金屬層25是具有第二直徑d2的圓形片。電介質(zhì)層23被示出為具有與第一金屬層21相同的直徑d1。然而，在其他實(shí)施方式中，電介質(zhì)層23可以具有與第二直徑d2相同的直徑。在其他實(shí)施方式中，電介質(zhì)層23可以具有小于第一直徑d1且大于第二直徑d2的直徑d3(即，d2<d3<d1)。在一些實(shí)施方式中，除了在單個(gè)表面功件內(nèi)具有不同尺寸的金屬層以外，第一金屬層21的形狀可以不同于第二金屬層25的形狀。此外，盡管圖7e示出了為片的表面功件，但是在使用孔作為表面功件的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)類似的配置，使得不作為表面功件的復(fù)合層的金屬層可以具有不同的尺寸，從而使特定孔在復(fù)合層內(nèi)的不同深度處具有不同尺寸。

可以使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)來(lái)形成波長(zhǎng)選擇性表面10、30、38?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)在典型的半導(dǎo)體襯底上獲得薄的結(jié)構(gòu)，其也可以被轉(zhuǎn)移至柔性或剛性的其他類型的襯底，例如，塑料、薄膜筒(filmroll)、玻璃或帶條。

可替選地或另外地，可以使用包括真空沉積、化學(xué)氣相沉積和濺射的薄膜技術(shù)來(lái)形成波長(zhǎng)選擇性表面10、30、38。在一些實(shí)施方式中，可以使用印刷技術(shù)來(lái)形成復(fù)合層12、32?？梢酝ㄟ^(guò)提供連續(xù)導(dǎo)電表面層來(lái)形成表面功件，然后通過(guò)去除表面層的區(qū)域來(lái)形成表面功件的多個(gè)金屬層?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的物理或化學(xué)蝕刻技術(shù)來(lái)形成區(qū)域。可替選地或另外地，可以通過(guò)激光燒蝕，通過(guò)從表面去除導(dǎo)電材料的選定區(qū)域，或通過(guò)納米壓印或沖壓、滾筒對(duì)滾筒印刷或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他制造方法來(lái)形成表面功件。

參照?qǐng)D8a，示出了具有上覆層52的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)50的替選實(shí)施方式的截面正視圖。類似于上述實(shí)施方式，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)50包括設(shè)置在接地層14上方的某一高度處并且通過(guò)中間層16與接地層14分開(kāi)的具有表面元件20的排列(圖1)的復(fù)合層12。上覆層52表示設(shè)置在復(fù)合層12的頂部上的第四層或覆板52。

上覆層52可以形成為具有從中間層16的表面18到與中間層16的表面18相對(duì)的上覆層52的頂表面測(cè)量的厚度hc。在一些實(shí)施方式中，上覆層52的厚度hc大于復(fù)合層12的厚度(即，hc>hp)。上覆層52可以形成有均勻厚度以提供平坦的外表面。可替選地或另外地，沿著下面的復(fù)合層12的輪廓，可以形成厚度變化的上覆層52。

上覆層材料52可以被選擇成具有允許入射電磁輻射的至少一部分透入上覆層52中并且與下面的層12、14和16中的一個(gè)或更多個(gè)起反應(yīng)的選定物理性質(zhì)(例如，k，n)。在一些實(shí)施方式中，上覆材料52在主要吸收波長(zhǎng)附近基本上是光學(xué)透明的，以使所有的入射電磁輻射基本上通過(guò)。例如，上覆材料52可以由玻璃、陶瓷、聚合物或半導(dǎo)體形成。除了涂漆和/或浸漬以外，可以使用上面關(guān)于其他層12、14、16所述的制造技術(shù)中的任何一種或更多種來(lái)施加上覆材料52。

在一些實(shí)施方式中，上覆層52提供被選擇以增強(qiáng)波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)在預(yù)定應(yīng)用中的性能的物理性質(zhì)。例如，上覆材料52可以具有一種或更多種光學(xué)性質(zhì)，例如，吸收、折射和反射。這些性質(zhì)可以用于有利地改變?nèi)肷潆姶泡椛洹＿@樣的改變包括聚焦、去聚焦和濾波。濾波器可以包括低通、高通、帶通和帶阻。

上覆材料52事實(shí)上可以是防護(hù)性的，允許波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)50在提供環(huán)境保護(hù)的同時(shí)起作用。例如，上覆材料52可以保護(hù)復(fù)合層12免受由于暴露于濕氣中而被腐蝕和氧化。可替選地或另外地，上覆材料52可以保護(hù)暴露的層12、16中的任一個(gè)免受由于惡劣(例如，腐蝕性的)環(huán)境而被侵蝕。當(dāng)在某些應(yīng)用中使用波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)時(shí)，常常會(huì)遇到這樣惡劣的環(huán)境。從防護(hù)性上覆材料52受益的至少一種這樣的應(yīng)用可以是海洋應(yīng)用，其中防護(hù)性上覆層52將保護(hù)復(fù)合層12或32免受腐蝕。

在圖8b所示的另一實(shí)施方式中，波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)60包括施加在限定通孔34(包括單獨(dú)孔36)(圖6)的布置的復(fù)合層32上的上覆材料62。上覆材料62可以被施加成從中間層16的表面18測(cè)量的最大厚度hc大于復(fù)合層32的厚度(即，hc>hp)。上覆材料62還可以提供平坦的外表面或輪廓表面。因此，具有限定在復(fù)合層32中的孔34的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)60被上覆材料62覆蓋。這樣的結(jié)構(gòu)的性能和益處類似于上面關(guān)于圖8a所描述的性能和益處。

在圖8c所示的另一實(shí)施方式中，波長(zhǎng)選擇性表面50的上覆材料52未覆蓋復(fù)合層12的頂部，而是部分地填充表面功件之間的間隙，使得其覆蓋中間層16和表面功件的至少一部分的側(cè)面。在該實(shí)施方式中，上覆材料52的厚度小于復(fù)合層的厚度(即，hc<hp)。盡管圖8c示出了填充為片的表面功件之間的間隙的上覆材料52，但也可以使用表面功件為復(fù)合層中的孔的類似的上覆層。當(dāng)表面功件是孔時(shí)，上覆材料52填充作為表面功件的孔。

在圖8d所示的另一實(shí)施方式中，波長(zhǎng)選擇性表面50的上覆材料52形成符合波長(zhǎng)選擇性表面50的頂表面形狀的共形層。以這種方式，上覆材料52的頂表面不平坦，而是變成在表面功件的位置處凸起。盡管圖8d示出了覆蓋為片的表面功件的上覆材料52，但也可以使用表面功件為復(fù)合層中的孔的類似的上覆層。當(dāng)表面功件是孔時(shí)，上覆材料52填充孔，并且上覆層變成在不存在表面功件的位置處凸起。

圖9示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的多個(gè)不同波長(zhǎng)選擇性表面的示例性反射率波長(zhǎng)響應(yīng)曲線。每個(gè)波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)使用布置在具有不同周期性的周期陣列中的不同尺寸的表面功件。通過(guò)將包括具有單一金屬層的復(fù)合層的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)暴露于包括諧振的頻帶內(nèi)的入射電磁輻射22(圖1)中來(lái)獲得響應(yīng)曲線。如圖所示，入射電磁輻射的反射率在0％至100％的范圍內(nèi)變化。每個(gè)單獨(dú)的曲線表現(xiàn)出具有低反射(從而為高吸收)的兩個(gè)諧振。一個(gè)諧振主要基于表面元件的周期性，而另一個(gè)主要基于表面功件的尺寸。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧，可以調(diào)整諧振的性質(zhì)，例如，帶寬、幅度和中心頻率。

通過(guò)對(duì)建模結(jié)構(gòu)和測(cè)量二者進(jìn)行計(jì)算分析得到的結(jié)果表明，較高波長(zhǎng)諧振對(duì)應(yīng)于表面元件的最大尺寸(例如，圓形片d的直徑或方形片d'的邊長(zhǎng))。隨著表面元件的直徑增加，較高波長(zhǎng)諧振的波長(zhǎng)也增加。相反地，隨著表面元件的直徑減小，與較高波長(zhǎng)諧振相關(guān)聯(lián)的中心波長(zhǎng)減小。如果該結(jié)構(gòu)中所使用的材料中的至少一種材料在感興趣的頻帶中表現(xiàn)出特定于材料的諧振，則這些特定于材料的諧振可以與結(jié)構(gòu)諧振相互作用并且改變結(jié)構(gòu)諧振或材料諧振中的任一者或兩者。

類似地，通過(guò)對(duì)建模結(jié)構(gòu)和測(cè)量二者進(jìn)行計(jì)算分析得到的結(jié)果表明，與較低波長(zhǎng)諧振相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)至少部分地對(duì)應(yīng)于多個(gè)表面元件的中心到中心間距。隨著表面元件12的排列中的表面元件20之間的間距減小，較低波長(zhǎng)諧振的波長(zhǎng)減小。相反地，隨著表面元件12的排列之間的間距增加，較低波長(zhǎng)諧振的波長(zhǎng)增加。

通常，可以根據(jù)期望的波長(zhǎng)操作范圍將性能縮放到不同的波長(zhǎng)。因此，通過(guò)對(duì)如本文所述的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行縮放，可以在任何期望的電磁頻譜區(qū)域內(nèi)獲得諧振性能。諧振波長(zhǎng)可以在下至可見(jiàn)光甚至高達(dá)紫外線和x射線的范圍內(nèi)。在光譜的另一端，諧振波長(zhǎng)可以在太赫茲頻帶(例如，在約1毫米與100微米之間的波長(zhǎng))甚至高達(dá)射頻頻帶(例如，厘米到米的數(shù)量級(jí)的波長(zhǎng))的范圍內(nèi)。最短波長(zhǎng)的操作將受到可用制造技術(shù)的限制。目前的技術(shù)可以很容易地實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的表面功件尺寸?？梢韵氲?，可以使用當(dāng)前可用和新興的納米技術(shù)在分子水平上提供這樣的表面功件。很容易在分子自組裝領(lǐng)域中找到這樣的技術(shù)的示例。

圖9所示的反射率曲線示出了包括單個(gè)金屬層的復(fù)合層的結(jié)果。當(dāng)使用多個(gè)金屬層時(shí)，將向反射率曲線引入另外的諧振。

圖10示出了與和圖1所示的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)類似的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的反射率曲線，其中圓形片的正方形陣列位于導(dǎo)電接地層上方。片包括兩個(gè)不同的金屬層。所使用的金屬是變化的以顯示改變金屬對(duì)諧振的影響。在圖10中，實(shí)線曲線示出了當(dāng)表面元件包括金時(shí)的反射率曲線，虛線曲線示出了當(dāng)表面元件包括鉑時(shí)的反射率曲線，點(diǎn)劃線示出了當(dāng)表面元件包括鉭時(shí)的反射率曲線。

圖11示出了與和圖1所示的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)類似的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的反射曲線，其中圓形片的正方形陣列位于導(dǎo)電接地層上方。片包括兩個(gè)不同的金屬層。電介質(zhì)中間層的厚度是變化的，以顯示改變電介質(zhì)中間層的厚度對(duì)諧振的影響。通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10(圖1)暴露于包括諧振的頻帶內(nèi)的入射電磁輻射22(圖1)中來(lái)獲得反射率曲線。如圖所示，入射電磁輻射的反射率根據(jù)曲線在0％至100％的范圍內(nèi)變化。每個(gè)諧振具有相關(guān)聯(lián)的特征波長(zhǎng)(例如，中心波長(zhǎng))、幅度和帶寬(例如，最右邊頻帶具有帶寬w1，其為約1.5微米)。可以以任何合適的方式例如通過(guò)半高寬(fwhm)來(lái)確定帶寬。

通過(guò)對(duì)建模結(jié)構(gòu)和測(cè)量進(jìn)行計(jì)算分析得到的結(jié)果表明，與諧振頻帶中的一個(gè)或更多個(gè)諧振頻帶相關(guān)聯(lián)的諧振波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電表面元件的最大尺寸(例如，圓形片的直徑d或正方形片的邊長(zhǎng)d')。隨著表面元件的直徑增加，諧振頻帶中的一個(gè)或更多個(gè)諧振頻帶的波長(zhǎng)也增加。相反地，隨著表面元件的直徑減小，諧振頻帶72的波長(zhǎng)減小。例如，可以使用該技術(shù)對(duì)圖11a的最右側(cè)的主諧振進(jìn)行調(diào)諧。

圖11b示出了與圖11a類似的但針對(duì)雙頻帶結(jié)構(gòu)的反射率響應(yīng)曲線。圖11c示出了針對(duì)相同結(jié)構(gòu)的相應(yīng)吸收曲線。在該具體實(shí)施方式中，吸收曲線與反射率曲線相反，因?yàn)榉瓷渎?r)、透射(t)與吸收(a)之和必須等于1(r+t+a＝1)，并且如果t＝0，如果該結(jié)構(gòu)不透明，則a＝1-r。該結(jié)構(gòu)并不總是完全不透明的，并且在一些實(shí)施方式中，透射不一定為零。

第二和更明顯的下凹72對(duì)應(yīng)于下面的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)的主諧振。作為該諧振的結(jié)果，入射電磁能量22的很大一部分被波長(zhǎng)選擇性表面10吸收。諧振響應(yīng)70的光譜寬度的測(cè)量可以被確定為關(guān)于波長(zhǎng)相對(duì)于諧振波長(zhǎng)歸一化的寬度(即，δλ/λc或dλ/λc)。優(yōu)選地，在半高寬(fwhm)處確定該寬度。對(duì)于示例性曲線，吸收頻帶72在fwhm處的寬度小于約1.25微米，相關(guān)聯(lián)的諧振頻率為約8.75微米。這導(dǎo)致光譜寬度或dλ/λc為約0.14。吸收頻帶74在fwhm處的寬度小于約0.25微米，相關(guān)聯(lián)的諧振頻率為約4.25微米。這導(dǎo)致光譜寬度或dλ/λc為約0.06。通常，dλ/λc值小于約0.1可以被稱為窄帶。因此，示例性諧振74代表窄帶諧振頻帶。在其他實(shí)施方式中，諧振可以是寬帶或者窄帶和寬帶的組合。在其他實(shí)施方式中，至少一個(gè)諧振可以由一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)非常緊密地間隔開(kāi)的諧振形成，例如使得每個(gè)諧振的帶寬比諧振之間的波長(zhǎng)間距寬。

通過(guò)對(duì)建模結(jié)構(gòu)和測(cè)量二者進(jìn)行計(jì)算分析得到的結(jié)果表明，與主諧振響應(yīng)72相關(guān)聯(lián)的諧振波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電表面元件的最大尺寸(例如，圓形片的直徑d或正方形片的邊長(zhǎng)d')。隨著表面元件的直徑增加，主吸收頻帶72的波長(zhǎng)也增加。相反地，隨著表面元件的直徑減小，主吸收頻帶72的波長(zhǎng)也降低。主諧振位置與表面元件尺寸之間的互相依賴性可以通過(guò)在形成該結(jié)構(gòu)時(shí)所使用的材料中的至少一種材料的本征材料諧振來(lái)影響、限制或增強(qiáng)。

反射率的第一個(gè)下凹74對(duì)應(yīng)于下面的波長(zhǎng)選擇性表面10的次吸收頻帶。通過(guò)對(duì)建模結(jié)構(gòu)和測(cè)量二者進(jìn)行計(jì)算分析得到的結(jié)果表明，與次吸收頻帶74相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)至少部分對(duì)應(yīng)于多個(gè)導(dǎo)電表面元件的中心到中心間距。隨著表面元件12的排列中的表面元件20之間的間距減小，次吸收頻帶74的波長(zhǎng)減小。相反地，隨著表面元件12的排列之間的間距增加，次吸收頻帶74的波長(zhǎng)增加。次吸收頻帶74通常不如主吸收頻帶72明顯，使得可以在兩個(gè)吸收頻帶74、72之間確定反射率的變化δr。主諧振頻帶72和次諧振頻帶74之間的波長(zhǎng)差被示出為δw。

在形成該結(jié)構(gòu)時(shí)所使用的材料中的至少一種材料的本征材料諧振可能會(huì)干擾該結(jié)構(gòu)的諧振中的至少一個(gè)諧振，從而影響其位置、帶寬和效率。該結(jié)構(gòu)的諧振中的至少一個(gè)諧振進(jìn)而可以影響在形成該結(jié)構(gòu)時(shí)所使用的材料中的至少一種材料的本征材料諧振。

通常，可以根據(jù)期望的波長(zhǎng)操作范圍將性能縮放到不同的波長(zhǎng)。因此，通過(guò)對(duì)如本文中所述的任何波長(zhǎng)選擇性表面的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行縮放，可以在任何期望的電磁頻譜區(qū)域內(nèi)獲得諧振性能。諧振波長(zhǎng)可以在下至可見(jiàn)光甚至高達(dá)紫外線和x射線的范圍內(nèi)。在光譜的另一端，諧振波長(zhǎng)可以在太赫茲頻帶(例如，約1毫米與100微米之間的波長(zhǎng))甚至高達(dá)射頻頻帶(例如，厘米到米的數(shù)量級(jí)的波長(zhǎng))的范圍內(nèi)。在最短波長(zhǎng)處的操作可能受到可用制造技術(shù)的限制。目前的技術(shù)可以很容易地實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的表面功件尺寸?？梢韵氲剑梢允褂卯?dāng)前可用和新興的納米技術(shù)在分子水平上提供這樣的表面功件。很容易在分子自組裝領(lǐng)域中找到這樣的技術(shù)的示例。

圖11d示出了與圖11a類似的但針對(duì)三頻帶結(jié)構(gòu)的吸收響應(yīng)曲線。第一諧振112a發(fā)生在約2.0μm處，第二諧振112b發(fā)生在約4.0μm處，第三諧振112c發(fā)生在約9.0μm處。圖11e示出了由于材料性能、表面功件的尺寸以及表面功件的周期性中的一個(gè)或更多個(gè)而變化(如虛線所示)的類似的吸收響應(yīng)曲線(實(shí)線)。第一諧振112a發(fā)生在約2.0μm處，并且由于變化而不會(huì)在波長(zhǎng)上移位，而是幅度發(fā)生變化。第二諧振112b發(fā)生在約4.0μm處，并且在一個(gè)或更多個(gè)參數(shù)的變化之后移位至約5.0μm。第三諧振112c發(fā)生在約8.0μm處，并且在一個(gè)或更多個(gè)參數(shù)變化之后移位至約9.5μm。第三諧振112c還在帶寬上變窄并且在變化之后移位至更高幅度。

在上述曲線中，設(shè)計(jì)參數(shù)的不同選擇導(dǎo)致不同的響應(yīng)曲線。例如，圖11b至圖11c的主吸收頻帶72發(fā)生在約8.75微米處，波長(zhǎng)范圍在約1.25微米的fwhm。這導(dǎo)致光譜寬度δλ/λc為約0.14。光譜寬度值δλ/λc大于0.1可以被稱為寬帶。因此，下面的波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10也可以被稱為寬帶結(jié)構(gòu)。

可以改變波長(zhǎng)選擇性結(jié)構(gòu)10的物理參數(shù)中的一個(gè)或更多個(gè)物理參數(shù)，以控制給定波長(zhǎng)選擇性表面的反射率和吸收響應(yīng)。例如，可以改變一個(gè)或更多個(gè)層的厚度(例如，表面元件厚度hp、電介質(zhì)層厚度hd和上覆層厚度hc)?？商孢x地或另外地，可以改變不同層中的每一個(gè)的材料中的一種或更多種。例如，介電材料可以用具有不同n和k值的另一介電材料來(lái)代替。上覆層52(圖8a)的存在或不存在以及針對(duì)上覆層52選擇的特定材料也可以用于改變波長(zhǎng)選擇性表面的反射率或吸收響應(yīng)?？梢酝ㄟ^(guò)改變接地層的材料、改變表面元件的尺寸d或者通過(guò)改變表面元件的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)類似的性能改變。

在第一示例中，波長(zhǎng)選擇性表面包括形成有各種直徑的表面片的中間層。波長(zhǎng)選擇性表面包括放置在鋁膜接地層上的圓形鋁片的三角形陣列。各個(gè)表面各自形成有具有不同相應(yīng)直徑的表面片。針對(duì)不同片直徑所獲得的結(jié)果的匯總包括在表1中。在這些示例性實(shí)施方式中的每一個(gè)實(shí)施方式中，相鄰片元件之間的片間距為約3.4微米，并且單個(gè)片和接地層膜的厚度或深度均為約0.1微米。在兩個(gè)鋁層之間包括厚度為約0.2微米的中間電介質(zhì)層。值得注意的是，波長(zhǎng)選擇性表面的總厚度為約0.4微米，是非常薄的材料。示例性電介質(zhì)的折射系數(shù)為約3.4。表1包括與所得到的主吸收相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)值。如圖所示，諧振波長(zhǎng)隨著片尺寸的增加而增加。

表1

主吸收波長(zhǎng)與片直徑

在另一示例中，使用均勻陣列間距為3.4微米和片直徑為1.7微米的圓形片的三角形陣列。設(shè)置在外導(dǎo)電層之間的介電材料是變化的。因此，主吸收的波長(zhǎng)偏移。結(jié)果包括在表2中。

表2

諧振與介電材料

本發(fā)明并不限于其在前述描述中闡述的或附圖中示出的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部件的布置中的應(yīng)用。本發(fā)明能夠具有其他實(shí)施方式并且能夠以各種方式被實(shí)踐或執(zhí)行。此外，本文中所使用的措辭和術(shù)語(yǔ)是出于描述的目的，并且不應(yīng)當(dāng)被視為限制。使用“包括”、“包含”或“具有”、含有”、“涉及”及其在本文中的變型意在涵蓋其后列出的項(xiàng)及其等同物以及附加項(xiàng)。

本發(fā)明的各個(gè)方面可以單獨(dú)使用、組合使用，也可以以在上文所描述的實(shí)施方式中沒(méi)有具體討論的各種布置來(lái)使用，因此不限于其在上述描述中闡述的或附圖中示出的細(xì)節(jié)和部件的布置中的應(yīng)用。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中描述的方面可以與其他實(shí)施方式中描述的方面以任何方式進(jìn)行組合。

此外，本發(fā)明可以被實(shí)現(xiàn)為一種方法，其中提供了至少一個(gè)示例。作為方法的一部分執(zhí)行的動(dòng)作可以以任何合適的方式排序。因此，可以構(gòu)造其中以不同于所示的順序執(zhí)行動(dòng)作的實(shí)施方式，即使在說(shuō)明性實(shí)施方式中示出為順序動(dòng)作，但也可以包括同時(shí)執(zhí)行某些動(dòng)作。

在權(quán)利要求中使用諸如“第一”、“第二”、“第三”等的順序術(shù)語(yǔ)來(lái)修飾權(quán)利要求要素本身并不意味著一個(gè)權(quán)利要求要素相對(duì)于另一個(gè)權(quán)利要求要素或執(zhí)行方法的動(dòng)作的時(shí)間順序的任何優(yōu)先權(quán)、優(yōu)先級(jí)或順序，而是僅用作區(qū)分具有某個(gè)名稱的一個(gè)權(quán)利要求要素與具有相同名稱(但用于序數(shù)項(xiàng))的另一要素從而區(qū)分權(quán)利要求要素的標(biāo)記。

因此，已經(jīng)描述了本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的若干方面，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想到各種改變、修改和改進(jìn)。這樣的改變、修改和改進(jìn)旨在成為本公開(kāi)內(nèi)容的一部分，并且旨在在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，上述描述和附圖僅作為示例。