CN117784301A - 多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件及其制作方法。利用交替的薄膜实现单轴各向异性ENZ介质。将竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜沿着入射波方向依次排列作为一个各向同性ENZ结构单元；沿着入射波方向依次排列有至少10个各向同性ENZ结构单元组成光学吸收器件可等效为各向同性ENZ介质的多层Ag/SiC薄膜结构。在光学吸收器件中掺杂4个掺杂介质，且4个掺杂介质垂直于入射波方向的横截面为正方形，能够有效拓展吸收带宽，实现宽频带光学完美吸收器件。
Description
技术领域
本发明涉及光学吸收器件技术领域，尤其涉及一种多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件及其制作方法。
背景技术
光吸收器件广泛应用于光通信、光信息安全、光电子等多个相关领域。如何设计高吸收率的光吸收器件已成为当下电磁学研究的一个重点问题。在目前现有的公开报道中可以实现对光学100％吸收的方法主要是全频率范围内的相干完美吸收(CPA)。目前，许多CPA器件主要通过调整两个入射波之间的相位差，利用超表面实现对光学的高效吸收，且其吸收效率可从0调节至100％。但该方法是基于谐振机制，对频率高度敏感，目前仅可在特定频率或非常窄的频带内有效工作(通常带宽仅为kHz数量级)，这极大地限制了相关产品的应用。
发明内容
本发明通过提供一种多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件及其制作方法，实现了宽频带的光学完美吸收。
本发明提供了一种多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件，包括：竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜、SiC膜及4个掺杂介质；所述竖直Ag/SiC纳米膜为Ag/SiC沿竖直方向交错排列的结构；所述水平Ag/SiC纳米膜为Ag/SiC沿水平方向交错排列的结构；所述竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜沿着入射波方向依次排列作为一个各向同性ENZ结构单元；沿着所述入射波方向依次排列有至少10个所述各向同性ENZ结构单元组成光学吸收器件；所述4个掺杂介质设置在所述光学吸收器件中，且所述4个掺杂介质垂直于所述入射波方向的横截面为正方形；所述光学吸收器件在掺杂介质后的等效磁导率μeff表示为：
其中，l1为所述掺杂介质的边长，w0为所述光学吸收器件的长边的长度，l0为所述光学吸收器件的短边的长度，m为所述入射波的纵向模式数，n为所述
’”入射波的横向模式数，εrp为所掺杂的第p个掺杂介质的介电常数的实部值，εrp为所掺杂的第p个掺杂介质的介电常数的虚部值，f为所述入射波的频率，c为真空中的光速；
在构造器件时，其中，μr为光学器件在可等效为均匀有耗EMNZ板时应满足的原来的有耗EMNZ板的相对磁导率，μr″为所述光学吸收器件的等效磁导率的虚部值，k0为自由空间中的波数，S为所述光学吸收器件的总横截面积。
具体来说，所述掺杂介质为利用压电陶瓷制作而成的高介电常数材料，通过向陶瓷材料中添加设定比例的铌酸钾可以获得任意想要的介电常数。
具体来说，所述竖直Ag/SiC纳米膜和所述水平Ag/SiC纳米膜的厚度相等，且小于所述SiC膜的厚度。
具体来说，所述竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜的厚度比为0.388：0.388：1。
本发明还提供了一种多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的制作方法，包括：
沿着入射波方向将所述竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜依次贴合组成所述一个各向同性ENZ结构单元；
沿着所述入射波方向将至少10个所述各向同性ENZ结构单元依次贴合组成所述光学吸收器件的基底结构；
从所述光学吸收器件的基底结构中掏出四个空腔，将所述4个掺杂介质一一对应地嵌入所述各空腔中，且所述4个掺杂介质垂直于所述入射波方向的横截面为正方形，形成完美光吸收器件。
具体来说，所述从所述光学吸收器件的基底结构中掏出四个空腔，将所述4个掺杂介质一一对应地嵌入所述各空腔中，包括：
在所述光学吸收器件的基底结构上覆盖一层辅助层，在所述辅助层上进行光刻或掩膜制备，将离子束刻蚀在要掏空的目标区域，得到所述四个空腔；
将所述4个掺杂介质一一对应地嵌入所述各空腔中。
具体来说，所述辅助层为光刻胶或金属掩膜板。
具体来说，所述将离子束刻蚀在要掏空的目标区域，得到所述四个空腔，包括：
根据掏空的深度和形状要求，设置刻蚀参数，在刻蚀过程中，离子束根据所述刻蚀参数向所述光学吸收器件进行轰击，去除所需掏空的部分，得到所述四个空腔。
具体来说，所述刻蚀参数包括：离子束能量、束流密度、刻蚀时间。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
利用交替的薄膜实现单轴各向异性ENZ介质。将竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜沿着入射波方向依次排列作为一个各向同性ENZ结构单元；沿着入射波方向依次排列有至少10个各向同性ENZ结构单元组成光学吸收器件可等效为各向同性ENZ介质的多层Ag/SiC薄膜结构。在光学吸收器件中掺杂4个掺杂介质，且4个掺杂介质垂直于入射波方向的横截面为正方形，能够有效拓展吸收带宽，实现宽频带光学完美吸收器件。
本发明技术与以往技术发明相比，具有以下显著的优势：
1.宽频带吸收性能：与传统的谐振机制不同，本发明通过多层掺杂的纳米膜结构实现了宽频带的光学完美吸收。在420nm至440nm波长范围内，本发明能够有效地吸收电磁波，展现了更为广泛的工作带宽。
2.光学器件设计灵活性：采用多层Ag/SIC薄膜结构，通过掺杂不同有耗介质的方式，使得该光学完美吸收器件的性能可以通过调整掺杂剂数量和类型进行灵活优化，以适应不同波段的工作要求，且该结构便于实现，利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等技术可实现具有高度均匀性、平整度和成分纯度的薄膜结构。
3.有效提高谐振频带宽度：通过掺杂多个有耗介质，本发明成功地拓宽了谐振频带宽度，从而实现了对光的更广泛吸收。这对于克服传统方法在特定频率或非常窄频带内有效工作的局限性具有重要意义。
综合而言，本发明的技术优势在于其创新性的宽频带光学完美吸收器件设计，通过多层Ag/SiC纳米膜结构在430nm波长下实现各向同性ENZ介质，成功将有耗EMNZ结构的吸收光学带宽从kHz拓展到MHz。其中，在并未破坏原有多层周期结构的边界条件的前提下，引入正方体有耗介质的掺杂策略以在ENZ介质中实现有耗EMNZ结构，这成为技术上的重要突破。此外，通过增加掺杂剂的数量，本发明有效地提高了整个结构的谐振带宽，从而实现了更广泛频段的光学吸收，突破了传统结构的带宽限制，为光学器件在更广泛领域中的应用提供了更为灵活和高效的解决方案，为光学吸收器件领域带来了创新的突破。
以下是本发明的一些潜在应用前景：
1.通信系统优化：本光学吸收器件的宽频带性能使其在光通信系统中具备巨大潜力。通过将其应用于通信设备，可以提高光信号的传输效率，拓展通信带宽，从而推动光通信技术的进步。
2.光学传感技术：本技术为光学传感器提供了更广泛频段内的高效吸收能力。在医疗、环境监测和工业领域，这种创新型传感器可以应用于检测和测量电磁波，为各种应用场景提供精准的数据。
3.光学存储技术：在信息存储领域，本技术有望改善光学存储介质的读写性能，提高存储密度和数据传输速率，推动光学存储技术的发展。
4.激光技术应用：本发明可用于设计更高效的激光器，有助于实现更稳定的光信号调制和控制。在激光通信、激光雷达等领域，这项技术将为相关设备设计和性能提升提供新的可能性。
5.光子集成电路：本技术为光子集成电路的设计提供了新思路，有助于提高集成度和性能，为信息处理领域带来新的发展机遇。
6.光学滤波器和传感器：由于本发明在特定频段内实现了高效的电磁波吸收，因而它在光学滤波器和传感器方面也具有潜在的应用，可用于改善光学器件的性能。
综合而言，本发明为多个领域提供了新的解决方案，具有广泛的实际应用前景，有助于推动光学器件和相关技术的发展。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的结构示意图；其中，(a)为本发明实施例提供的光学吸收器件的整体结构示意图，(b)为本发明实施例提供的光学吸收器件中一个各向同性ENZ结构单元的结构示意图，(c)为本发明实施例提供的光学吸收器件中竖直Ag/SiC纳米膜的结构示意图，(d)为本发明实施例提供的光学吸收器件中水平Ag/SiC纳米膜的结构示意图；
图2为交替多层薄膜结构可等效为均匀ENZ结构的示意图；其中，(a)为交替各向异性薄膜的多层结构，(b)为等效构成的各向异性材料；
图3为本发明实施例提供的多层掺杂纳米膜结构的全波电磁仿真结果；其中，(a)为Ag/SiC多层周期结构仿真场分布，(b)为等效的各向异性ENZ媒质仿真的场分布，(c)为图(a)的Ag/SiC多层周期结构绕y轴旋转后的电场仿真结果；
图4为本发明实施例提供的多层掺杂纳米膜结构在电磁波入射情况下的场分布；其中，(a)为改进多层Ag/SiC薄膜交替结构的场分布，(b)为围绕y轴旋转90°后的场的模拟结果，(c)为围绕y轴旋转30°的后的场模拟结果；
图5为Ag在420-440nm波长范围内的相对介电常数；
图6为采用多层有损掺杂Ag/SiC膜结构的有耗EMNZ介质；其中，(a)为多层Ag/SiC纳米膜结构，(b)为掺杂的多层Ag/SiC纳米膜结构，(c)为交替Ag/SiC薄膜的多层结构的单一各向同性ENZ结构单元；
图7为含有单个有耗掺杂介质(εr1＝39.9-j0.275)和PEC衬底的多层Ag/SiC薄膜结构构成的有耗EMNZ结构在不同波长的波入射时的磁场分布情况；其中，(a)为波长为430nm的波入射到所描述结构被完全吸收时的磁场分布情况，(b)为波长为434nm的波入射到所描述结构被完全反射时的磁场分布情况；
图8为本发明实施例在420nm-440nm波长范围内对入射波的吸收效果；含有四种有耗掺杂剂(εr1≈42.25-j1.18)的多层Ag/SiC薄膜结构在PEC衬底上所形成的有耗EMNZ结构的磁场分布情况；其中，(a)为波长为430nm的波入射到所描述结构被完全吸收时的磁场分布情况，(b)为波长为434nm的波入射到所描述结构被吸收90％时的磁场分布情况，(c)为波长为426nm的波入射到所描述结构被吸收90％时的磁场分布情况，(d)为波长为438nm的波入射到所描述结构被吸收70％时的磁场分布情况，(e)为波长为422nm的波入射到所描述结构被吸收70％时的磁场分布情况，(f)为波长为440nm的波入射到所描述结构被吸收50％时的磁场分布情况；
图9为本发明实施例提供的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的制作方法的流程图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件及其制作方法，实现了宽频带的光学完美吸收。
本发明实施例中的技术方案为实现上述技术效果，总体思路如下：
本发明实施例在信息通信、光学传感、激光技术等领域具有潜在应用前景，为拓展宽频带光学完美吸收器件的实际应用提供了新的可能性，本发明实施例主要采取以下技术路线：1、在430nm波长下，通过多层Ag/SiC纳米膜结构可以实现有效的各向同性ENZ介质；2、在该多层纳米膜结构形成的ENZ介质基础之上，为了不破坏周期结构，通过掺杂正方体有耗介质实现有耗Epsilon-and-Mu-Near-Zero(EMNZ)介质；3、在该有耗EMNZ介质中，嵌入4个掺杂介质，实现了对420nm～440nm波长范围内的波的有效吸收。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明实施例提供的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件，包括：竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜、SiC膜及4个掺杂介质；竖直Ag/SiC纳米膜为Ag/SiC沿竖直方向交错排列的结构；具体地，将交替排列的Ag/SiC薄膜多层结构围绕y轴旋转90°构成竖直Ag/SiC纳米膜，如图1(c)所示。水平Ag/SiC纳米膜为Ag/SiC沿水平方向交错排列的结构；具体地，将交替排列的Ag/SiC薄膜多层结构围绕X轴旋转90°构成水平Ag/SiC纳米膜，如图1(d)所示。竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜沿着入射波方向依次排列作为一个各向同性ENZ结构单元，如图1(b)所示；沿着入射波方向依次排列有至少10个各向同性ENZ结构单元组成光学吸收器件；4个掺杂介质设置在光学吸收器件中，且4个掺杂介质垂直于入射波方向的横截面为正方形，如图1(a)所示。光学吸收器件在掺杂介质后的等效磁导率μeff表示为：
其中，l1为掺杂介质的边长，w0为光学吸收器件的长边的长度，l0为光学吸收器件的短边的长度，m为入射波的纵向模式数，表示电磁波在纵轴方向上的变化数，n为入射波的横向模式数，表示电磁波在横轴方向上的变化数，ε’rp为所掺杂的第p个掺杂介质的介电常数的实部值，ε”rp为所掺杂的第p个掺杂介质的介电常数的虚部值，例如，当p＝1时，ε’r1即表示所掺杂的第1个介质的介电常数的实部值，ε”r1即表示所掺杂的第1个介质的介电常数的虚部值。当p＝2或3时以此类推。f为入射波的频率，c为真空中的光速；
在构造器件时，其中，μr为光学器件在可等效为均匀有耗EMNZ板时应满足的原来的有耗EMNZ板的相对磁导率，μr″为光学吸收器件的等效磁导率的虚部值，k0为自由空间中的波数，S为光学吸收器件的总横截面积。
具体地，掺杂介质为利用压电陶瓷制作而成的高介电常数材料，通过向陶瓷材料中添加设定比例的铌酸钾可以获得任意想要的介电常数。
为了实现各向同性的ENZ结构，竖直Ag/SiC纳米膜和水平Ag/SiC纳米膜的厚度相等，且小于SiC膜的厚度。
具体地，竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜的厚度比为0.388：0.388：1。
下面以可吸收420nm至440nm波长段波的多层掺杂Ag/SiC薄膜结构作为具体例子对本发明实施例进行具体说明。
改进后的多层Ag/SiC薄膜结构可在430nm波长处等效为各向同性ENZ介质，基于此，本发明实施例在不破坏其周期结构的基础上，通过掺杂多个有耗掺杂介质，实现了宽频带光学完美吸收。
如图2所示，将灰色薄膜和白色薄膜交替排列，厚度分别为d1和d2，基于有效介质理论，如果两种薄膜的厚度与波长相比要小得多，则可以将这种多层结构模拟为单轴各向异性材料。在本发明实施例的制备过程中，采用Ag和SiC两种材质来构成所需要实现的ENZ介质。
Ag薄膜(白色薄膜)和SiC薄膜(灰色薄膜)的介电常数和磁导率分别用(εra,μra)and(εrs,μrs)表示。其中，在波长为430nm(λ0)时，εra＝-5.25，εrs＝7.29，μra＝μrs＝1。假设Ag薄膜的厚度为d1，SiC薄膜的厚度为d2，d1＝44.22nm，d2＝31.86nm和d1/d2＝1.388，远小于其波长。根据等效介质理论，此时构建的多层周期结构可等效为各向异性ENZ媒质，其等效的电磁参数为：
该结构的全波电磁仿真结果见图3，显然，等效构成的介质是一个各向异性的ENZ，ε-接近零仅沿着一个特定的方向，这极大地限制了上述结构的应用范围。
改造后的多层Ag/SiC纳米膜结构的矩形截面的单个单元如图1(b)所示。第一、二、三部分的厚度分别用dpt1、dpt2和dpt3表示，其中dpt1＝dpt2＝0.388dpt3，其厚度参数远小于波长。此处，w0和h0分别表示结构截面沿z轴和x轴的长度，分别为w0＝2.83λ0，l0＝0.885λ0。
当单元数大于10个时，利用改进的等效介质理论计算出了所提结构的等效相对介电常数：
可见，这种结构可以看作是等效的各向同性ENZ介质。
将图1(b)中的单元沿x轴方向交替均匀排列十二个，此时设置d1为22nm，d2为15.85nm，dpt1和dpt2约为2.86nm，dpt3约为7.37nm，厚度均远小于波长，得到图4(a)中所示结构。图4(b)所示为将该结构绕y轴旋转90°，沿z轴排列24个单元的结果。图4(c)为将该结构绕y轴旋转30度后的情况。图4为多层Ag/SiC薄膜结构在电磁波入射情况下的场分布。可见，在三种情况下磁场均能有效通过，实现了各向同性ENZ介质。
图5为Ag在420nm～440nm波长范围内的相对介电常数值，多层Ag/SiC薄膜结构可在420nm～440nm波长范围内均等效各向同性为ENZ介质。
本发明实施例在多层Ag/SiC薄膜结构中嵌入了单个的正方形截面的非磁性有耗介质(εr1＝39.9-j0.275)，如图6所示。此处选择具有方形截面的介质作为掺杂介质的目的是以保证多层薄膜结构的周期性，不破坏结构的边界条件，使得多层薄膜结构仍能够等效为ENZ介质。掺杂介质的截面面积为l1×l1，其中l1约为0.11λ0。
本发明实施例提供的掺杂的多层Ag/SiC纳米膜结构的相对磁导率虚部为0.352，理论上等效于有损耗的EMNZ介质。下面利用COMSOL在二维矩形区域上进行全波仿真，验证上述分析结果的正确性。
从左侧入射平面电磁波，工作波长为430纳米。而有耗EMNZ结构由掺杂有耗介质的多层Ag/SiC薄膜和PEC衬底组成，放置在二维矩形区域的右侧。掺杂有耗介质的多层Ag/SiC薄膜结构的截面面积为w0×h0。如图7(a)所示，入射波被该结构完全吸收，并未被PEC衬底所反射，即证明了在合理的参数选择下，该掺杂多层Ag/SiC薄膜结构可等效于有耗EMNZ介质。
本发明实施例通过掺杂多个正方体介质使得多层Ag/SiC薄膜结构的吸收效应满足了上述带宽，有效的拓宽了谐振频带宽度，下面是理论验证。
本发明实施例将4个有耗掺杂介质嵌入到多层Ag/SiC薄膜结构中，同时不改变掺杂介质的大小，如图8(a)所示。图8展示了本发明实施例在420nm-440nm波长范围内对入射波的吸收效果，可见，以波长430nm为中心，所提结构在434nm和426nm处可以吸收90％的入射波功率(Γ＝-10dB)，如图8(b)和(c)所示。在438nm和422nm波长下，该结构可以吸收70％的入射波功率(Γ＝-5dB)。此外，它还可以吸收440nm波段50％的入射波功率(Γ＝-3dB)，如图8(f)所示。这些数据表明，此时掺杂的多层Ag/SiC薄膜结构在20nm的频带宽度内，本发明实施例提供的光学吸收器件仍相当于一个有损耗的EMNZ介质，可以实现对波的高效吸收。
值得注意的是，在图8中，本发明实施例提供的光学吸收器件的吸波性能与掺杂介质在薄膜中的位置无关，这为工程应用提供了更广阔的前景。
综上，本发明实施例所提出通过掺杂4个有耗介质的多层Ag/SiC薄膜结构能有效地吸收420nm～440nm的电磁波，成为一种有效的宽频带光学完美吸收器件。在实际应用时，可将该器件封装在适当的包装中，保护薄膜结构并提供良好的环境条件。此外，可以考虑将多个吸收器件集成到一个系统中，以实现更高的光学吸收性能和多功能。
参见图9，本发明实施例提供的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的制作方法，包括：
步骤S110：沿着入射波方向将竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜依次贴合组成一个各向同性ENZ结构单元；
步骤S120：沿着入射波方向将至少10个各向同性ENZ结构单元依次贴合组成光学吸收器件的基底结构；
步骤S130：在不破坏多层薄膜周期结构边界条件的前提下，从光学吸收器件的基底结构中掏出四个空腔，将4个掺杂介质一一对应地嵌入各空腔中，且4个掺杂介质垂直于入射波方向的横截面为正方形，形成完美光吸收器件。
具体地，从光学吸收器件的基底结构中掏出四个空腔，将4个掺杂介质一一对应地嵌入各空腔中，包括：
在光学吸收器件的基底结构上覆盖一层辅助层，在辅助层上进行光刻或掩膜制备，将离子束刻蚀在要掏空的目标区域，得到四个空腔；
将4个掺杂介质一一对应地嵌入各空腔中。
在本实施例中，辅助层为光刻胶或金属掩膜板。
进一步地，将离子束刻蚀在要掏空的目标区域，得到四个空腔，包括：
根据掏空的深度和形状要求，设置刻蚀参数，在刻蚀过程中，离子束根据刻蚀参数向光学吸收器件进行轰击，去除所需掏空的部分，得到四个空腔。
在本实施例中，刻蚀参数包括：离子束能量、束流密度、刻蚀时间。
具体地，各空腔的大小应与单个掺杂介质相匹配，以确保将4个掺杂介质嵌入进基底中后，掺杂介质可与基底紧密贴合。
对本方法进行进一步说明，将4个掺杂介质一一对应地嵌入各空腔中，包括：
使用化学气相沉积、物理气相沉积、溅射沉积技术进行介质的沉积和填充。
本发明实施例通过有效选择掺杂介质的材质，构造便于插入的ENZ介质，通过掺杂剂数量的增加，使得整个结构的谐振带宽明显变宽，从而突破了原有器件仅在极窄带宽内工作的局限，使有耗EMNZ结构的理想吸收光学带宽从kHz扩展到MHz，为实现对420nm至440nm波长范围内光的有效吸收提供了可行途径。本发明实施例的宽频带光学完美吸收器件在通信、光信息安全、光电子等多个领域均具有广泛应用前景，其性能优越，可适用于不同频段的电磁波吸收，为相关产品和技术的发展提供了创新的解决方案。
本发明实施例未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件，其特征在于，包括：竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜、SiC膜及4个掺杂介质；所述竖直Ag/SiC纳米膜为Ag/SiC沿竖直方向交错排列的结构；所述水平Ag/SiC纳米膜为Ag/SiC沿水平方向交错排列的结构；所述竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜沿着入射波方向依次排列作为一个各向同性ENZ结构单元；沿着所述入射波方向依次排列有至少10个所述各向同性ENZ结构单元组成光学吸收器件；所述4个掺杂介质设置在所述光学吸收器件中，且所述4个掺杂介质垂直于所述入射波方向的横截面为正方形；所述光学吸收器件在掺杂介质后的等效磁导率μeff表示为：
其中，l1为所述掺杂介质的边长，w0为所述光学吸收器件的长边的长度，l0为所述光学吸收器件的短边的长度，m为所述入射波的纵向模式数，n为所述’”入射波的横向模式数，εrp为所掺杂的第p个掺杂介质的介电常数的实部值，εrp为所掺杂的第p个掺杂介质的介电常数的虚部值，f为所述入射波的频率，c为真空中的光速；
在构造器件时，其中，μr为光学器件在可等效为均匀有耗EMNZ板时应满足的原来的有耗EMNZ板的相对磁导率，μr″为所述光学吸收器件的等效磁导率的虚部值，k0为自由空间中的波数，S为所述光学吸收器件的总横截面积。
2.如权利要求1所述的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件，其特征在于，所述掺杂介质为利用压电陶瓷制作而成的高介电常数材料，通过向陶瓷材料中添加设定比例的铌酸钾可以获得任意想要的介电常数。
3.如权利要求1所述的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件，其特征在于，所述竖直Ag/SiC纳米膜和所述水平Ag/SiC纳米膜的厚度相等，且小于所述SiC膜的厚度。
4.如权利要求3所述的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件，其特征在于，所述竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜的厚度比为0.388：0.388：1。
5.一种多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的制作方法，其特征在于，包括：
沿着入射波方向将所述竖直Ag/SiC纳米膜、水平Ag/SiC纳米膜和SiC膜依次贴合组成所述一个各向同性ENZ结构单元；
沿着所述入射波方向将至少10个所述各向同性ENZ结构单元依次贴合组成所述光学吸收器件的基底结构；
从所述光学吸收器件的基底结构中掏出四个空腔，将所述4个掺杂介质一一对应地嵌入所述各空腔中，且所述4个掺杂介质垂直于所述入射波方向的横截面为正方形，形成完美光吸收器件。
6.如权利要求5所述的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的制作方法，其特征在于，所述从所述光学吸收器件的基底结构中掏出四个空腔，将所述4个掺杂介质一一对应地嵌入所述各空腔中，包括：
在所述光学吸收器件的基底结构上覆盖一层辅助层，在所述辅助层上进行光刻或掩膜制备，将离子束刻蚀在要掏空的目标区域，得到所述四个空腔；
将所述4个掺杂介质一一对应地嵌入所述各空腔中。
7.如权利要求6所述的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的制作方法，其特征在于，所述辅助层为光刻胶或金属掩膜板。
8.如权利要求6所述的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的制作方法，其特征在于，所述将离子束刻蚀在要掏空的目标区域，得到所述四个空腔，包括：
根据掏空的深度和形状要求，设置刻蚀参数，在刻蚀过程中，离子束根据所述刻蚀参数向所述光学吸收器件进行轰击，去除所需掏空的部分，得到所述四个空腔。
9.如权利要求8所述的多层掺杂纳米膜结构的宽频带光学吸收器件的制作方法，其特征在于，所述刻蚀参数包括：离子束能量、束流密度、刻蚀时间。
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