[發明專利]一種基于十字形石墨烯材料的太赫茲雙波帶吸收器及其應用

有效

• 申請號: 201711121388.0
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107942418B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 范春珍;田雨宸
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;H01Q17/00
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 田小伍;劉彩霞

本發明公開一種基于十字形石墨烯材料的太赫茲雙波帶吸收器，包括從下到上依次設置的金屬反射層、介質層和圖案層，所述圖案層由呈周期性排列的十字形材料結構單元組成，所述每個十字形材料結構單元均由相互垂直的水平帶和垂直帶連接組成，水平帶和垂直帶均由石墨烯制成，所述十字型材料結構單元的晶格周期d為3?5μm，每個水平帶和垂直帶的寬a為0.6?1μm、長b為1.2?2μm。同時提供其應用。本發明的吸收器圖形結構簡單，不需要多層材料堆疊以及多個諧振器，易于集成、穩定性好，具有特殊電磁響應，且具有高吸收率、高靈敏度和靈活調控的特點。

技術領域

本發明屬于超材料及電磁功能技術領域，具體涉及一種基于十字形石墨烯材料的太赫茲雙波帶吸收器及其應用。

背景技術

太赫茲波通常是指頻率在0.1THz～10THz范圍內的電磁波，從頻率上看，該波段位于毫米波和紅外線之間，屬于遠紅外波段；從能量上看，在電子和光子之間。長期以來，由于缺乏對太赫茲波段的研究結果和數據，人們對這段波的了解甚少，以致形成了“太赫茲空白”的現象。由于太赫茲波處于電子學向光子學過渡的特殊區域，因此，太赫茲波具有很多獨特的性質，如寬帶性、瞬態性、低能性、相干性等。太赫茲波的研究也涉及物理學、光電子學及材料科學等領域，它在成像、醫學診斷、環境科學、信息、國家安全及基礎物理研究領域有著廣闊的應用前景和應用價值。

電磁超材料是指一類具有天然材料所不具備的超常電磁性質的人工復合結構或復合材料，其特性在于，可以通過對人工結構單元的物理尺寸進行優化設計，實現對電磁波和光波性能的任意調控，從而實現諸如電磁誘導透明、完美透鏡、負折射率等超常電磁特性，太赫茲波段的超材料器件在傳感、成像、電磁隱身等領域有著很大的應用潛力，對未來社會的發展必將產生很大的影響，對太赫茲超材料器件的研究已經逐漸發展成世界各國的一個新的科技戰略點。然而，由于諧振特性，這種超材料吸收器通常工作在單一頻段，而且大多為窄帶吸收。一些基于多層結構或多個諧振器的寬帶吸收器，結構又較為復雜，而且，這些吸收器的工作區域在遠紅外區，且有偏振相關性，這阻礙了它們的潛在應用。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于十字形石墨烯材料的太赫茲雙波帶吸收器，同時提供其應用是本發明的另一發明目的。

基于上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種基于十字形石墨烯材料的太赫茲雙波帶吸收器，包括從下到上依次設置的金屬反射層、介質層和圖案層，所述圖案層由呈周期性排列的十字形材料結構單元組成，所述每個十字形材料結構單元均由相互垂直的水平帶和垂直帶連接組成，水平帶和垂直帶均由石墨烯制成，所述十字型材料結構單元的晶格周期d為3-5μm，每個水平帶和垂直帶的寬a為0.6-1μm、長b為1.2-2μm。

所述圖案層的厚度為1nm。

所述金屬反射層為由高電導率的金屬材料制成的的金屬薄膜，金屬反射層的厚度為200-300μm。

所述金屬材料為金、銀、鋁或銅。

所述介質層的介電常數為3-5，介質層的厚度為3-5μm。

所述介質層為二氧化硅薄膜。

基于十字形石墨烯材料的太赫茲雙波帶吸收器的應用，所述吸收器應用于電磁波的傳感、光學濾波和探測裝置。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1)本發明的吸收器具有圖形結構簡單，不需要多層材料堆疊以及多個諧振器，易于集成、穩定性好，具有特殊電磁響應，且具有高吸收率、高靈敏度和靈活調控的特點，通過調控不同的石墨烯費米能，可以控制吸收峰的位置，且吸收峰的位置和吸收強度不隨入射光的極化方向改變而發生變化；通過改變介質層的折射率，吸收峰會出現明顯的藍移，經過計算FOM最大可達到15.35，可用于電磁波的傳感、光學濾波和探測裝置；