具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的超材料吸波器制造方法，可以制造于如图1所示的超材料吸波器中。

在一个实施例中，如图2所示，提供了超材料吸波器制造方法，以该方法制造于图1中的超材料吸波器为例进行说明，包括以下步骤：

步骤201，将吸波器底端的介质层设置为氮化钛，并确定所述介质层厚度为W，将吸波器的填充层设置为氮化硅，并确定所述填充层厚度为T；

步骤202，在所述介质层和所述填充层之间预设为氮化钛的光栅层，并将所述光栅层预设为纳米柱结构；

步骤203，利用遗传算法模型对吸波器的吸收效率进行计算，分别确定光栅层的直径和高度的范围；

步骤204，对所述光栅层的直径和高度的范围进行仿真优化，确定最终所述直径和高度的参数值，根据所述参数值的结果，在所述介质层和所述填充层之间设置光栅层。

具体地，根据设计需要确定初始结构材料和尺寸；确定上层氮化硅厚度为T＝0.25μm和下层氮化钛W＝0.08μm的双层结构。记λ为入射波波长，R(λ)为反射率、T(λ)是传输率，A(λ)为吸波结构对于对应波长的吸收率表示为A(λ)＝1-R(λ)-T(λ)，利用FDTD仿真模拟软件得到初始结构所对应的反射率R(λ)，透射率T(λ)，进而推导吸收率。本发明实施例的吸波结构原理是结合氮化钛材料的本征吸收和双层光栅结构产生Mie谐振对于特定谐振波长的完美吸收，从而实现宽谱带连续吸收。此外，利用遗传算法实现对周期性纳米结构的优化，进而产生性能优异的宽带完美吸收结构。通过遗传算法中的遗传与变异的调控，可以有效解决局部最优的问题，进而找到相比于传统结构设计更好的优化结构。

在一个实施例中，如图3所示，预设光栅层的过程包括：

步骤301，根据所述介质层厚度W和所述填充层厚度T确定所述吸波器的单元结构，并设置所述单元结构为长度、宽度和厚度分别为P,P,和L的长方体；

步骤302，将所述纳米柱结构的光栅层分别设置为第一光栅层和第二光栅层，所述第一光栅层设置在所述第二光栅层上方；

步骤303，根据所述单元结构为长度、宽度和厚度，预设所述第一光栅层的厚度d1的初始范围,直径d2的初始范围，并预设所述第二光栅层的厚度c1的初始范围,直径c2的初始范围。

具体地，如图6所示的超材料吸波器的结构参数示意图，本实施例中单元结构的设计区域P×P×L，其中单元周期边长P＝0.4μm，单元结构尺寸厚度L＝T+W＝0.25+0.08＝0.33μm，本设计中的遗传算法所优化的设计变量为双层光栅结构的结构参数，具体包括每层圆柱光栅的圆柱厚度c1，d1以及每层圆柱光栅的半径c2，d2。预设的第一光栅层和第二光栅层，设计变量的取值范围为：

0≤c₁+d₁＝D≤0.25μm,

0≤d₂≤c₂≤0.4μm,

对于第一光栅层和第二光栅层而言，由于圆柱形自身的完美对称性，在仿真过程中同样设置了对称的边界条件，从而减小模拟的计算量。

在一个实施例中，如图4所示，对于确定光栅层初始厚度和直径包括：

步骤401，对设置的所述介质层和所述填充层组成的初始结构进行仿真模拟，得到在不同波长范围下的反射率和透射率；

步骤402，根据所述反射率和所述透射率，确定所述初始结构中对应波长的吸收率；

步骤403，通过所述吸收率和所述光栅层Mie谐振产生的耦合效应，利用遗传算法对所述光栅层的直径和高度进行初始范围的确定。

在一个实施例中，如图5所示，优化光栅层结构参数的流程包括：

步骤501，分别根据所述第一光栅层的厚度和直径和所述第一光栅层的厚度和直径为设计变量，对平均吸收率进行仿真优化；

步骤502，以所述平均吸收率为优化目标函数进行迭代，对所述介质层、光栅层和填充层的电磁等效模型进行仿真分析，得到对应结构的反射率和透射率；

步骤503，根据所述反射率和透射率进行吸收率的推导，当迭代次数达到设计代数，输出最优平均吸收率对应的结构参数；

步骤504，从所述结构参数中得到所述直径和高度的最终参数值，并根据所述参数值设置光栅层。

此外，所述遗传算法模型为：

其中，d1,d2分别表示第一光栅层厚度和半径；c1,c2分别表示第二光栅层厚度和半径，λ₁表示入射电磁波的起始波长，设定为0.25μm；λ_n为入射电磁波的截止波长，设定为2.5μm，R(λ)为反射率，T(λ)是传输率。

具体地，优化程序执行前，需要对遗传算法的相关参数进行设置，遗传算法计算时每一代将生成200个个体,每个个体将以三十二位二进制编码的形式表示(其中每八位表示参数c1，c2，d1，d2中的一个)，生成父代个数为20个，整个算法的迭代次数为20次，终止条件为子代中存在平均吸收率大于99％的个体或者设定迭代次数。除20个父代会在下一代种群中保留外，其余子代均由交叉过程和变异过程产生。交叉过程是把两个父代的三十二位二进制编码随机选出交叉点并进行替换重组形成新个体。变异概率设定为0.1，变异过程是交叉过程产生的新个体的三十二位二进制随机变异点发生变异(即原编码为0变异为1,原编码为1变异为0)，其中变异产生的新个体是符合规定的三十二位二进制编码，即c1，c2，d1，d2满足上文所述要求。遗传算法在进行优化计算时，根据编码获得一组设计变量值并生成脚本文件，这组脚本文件可以使得生成的每个个体转换为仿真中的一个完整的结构参数(包含所述c1，c2，d1，d2)，进而在仿真中引入光栅层2，将脚本文件在仿真软件中进行建模仿真分析，即在仿真中生成每个个体对应的具有填充层、算法优化的光栅层、介质层三层结构的电磁等效模型，并保留其中吸收率最优的20个作为下一代父代。上述过程为一次迭代过程，当程序满足终止条件或者达到迭代次数上限，输出具有最大平均吸收率的结构参数。

应该理解的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种超材料吸波器，包括：介质层103、光栅层102和填充层101，所述介质层103为所述吸波器的底层结构，所述光栅层102设置在所述介质层103上方，所述填充层101所述在是光栅层102四周和顶端，所述光栅层102包裹在所述填充层之中。

本实施例制造的超材料吸波器，是一种基于遗传算法的太阳能超材料吸波器，如图1所示，包括填充层101、光栅层102、介质层103。双层纳米柱结构的中心轴是重合的。整个算法优化光栅层102包裹在介质层103和填充层101之间。具体地，所述算法优化的光栅层102为利用光刻机刻蚀形成的氮化钛，由两层圆柱结构堆叠而成，所述基于遗传算法优化得出的双层光栅层102的结构参数；所述的介质层103的材料为氮化钛，所述介质层103的厚度为T＝0.08μm，所述的填充层101材料为氮化硅，厚度为W＝0.25μm,结构单元P＝0.4μm。

优选地，所述光栅层102为双层纳米柱结构，整个光栅层的厚度为D，包括第一光栅层和所述第二光栅层，所述第一光栅层设置在所述第二光栅层上方，所述光栅层102材质为氮化钛，在一个实施例中，如图6所示，所述第一光栅层厚度为95nm，半径为97nm,所述第二光栅层厚度为95nm，半径为178nm。

此外，本实施例中光栅层102结合了氮化钛材料对于可见光范围的良好吸收性能，基于遗传算法设计的氮化钛和氮化硅的双层Mie谐振实现了近红外波长范围的高效吸收。通过双层Mie谐振产生了位于1220nm和2047nm的Mie谐振峰。从而实现了两Mie谐振峰位置的完美吸收，其吸收率分别为94.9％和99.9％。本实施例提高的超材料吸波器对于有效太阳光谱范围内(0.25-2.5μm)电磁波具有很高的平均吸收率吸收(92.6％)。由于采用反向设计纳米超材料结构的方法，相比于传统太阳能获取(吸收)结构所提出的结构更为轻薄，尺寸更小，而对于太阳光谱的吸收效率更高。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。