[發明專利]一種偏振無關寬角度石墨烯吸收器

在審

• 申請號: 201810156239.6
• 申請日: 2018-02-24
• 公開（公告）號: CN108363126A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 鄭改革;鄒秀娟
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明公開了一種偏振無關寬角度石墨烯吸收器，該石墨烯吸收器包括金屬基底以及設置在金屬基底上的多層光柵脊，多層光柵脊為自上而下依次疊置的上石墨烯層、上電介質層、下石墨烯層和下電介質層構成的光柵結構；上石墨烯層、上電介質層、下石墨烯層和下電介質層均為長寬相同的長方形片體，并且上石墨烯層的厚度和下石墨烯層的厚度相同且小于上電介質層的厚度；下電介質層的厚度大于上電介質層的厚度；當正入射光以TE偏振方式入射到多層光柵脊上時，多層光柵脊作為一個共振腔，入射光與多層光柵脊、金屬基底相互作用產生腔模式共振，引起光吸收增強；當正入射光以TM偏振方式入射到多層光柵脊上時，入射光在下層電介質層與金屬基底的界面處產生磁共振。

技術領域

本發明屬于電磁波吸收器的設計領域，特別是對于入射光的偏振態不敏感的石墨烯吸收器，具體地說是一種偏振無關寬角度石墨烯吸收器。

背景技術

眾所周知，電磁波吸收器可以接收電磁波。為了能夠有效地利用電磁波，這種具有重要應用背景的光學器件應運而生。目前，傳統本征吸收的選擇吸收性很差，吸收率極低，而且對材料的依賴性很強。而多光束干涉吸收對入射角度和偏振的變化極為敏感，吸收帶寬非常窄，而且結構的厚度為四分之一波長的整數倍，通常都比較大。隨著現代光學探測技術的不斷進步，在系統運行過程中不僅要求器件能進行在線動態測量、實時監測處理，而且還要求器件的幾何尺寸要盡可能的小，因此傳統的器件已不能滿足現有技術的發展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀，而提供結構簡單、體積小、制作容易且具有偏振無關、寬入射角范圍、寬吸收帶和高吸收率特性的一種偏振無關寬角度石墨烯吸收器。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種偏振無關寬角度石墨烯吸收器，該石墨烯吸收器包括金屬基底以及設置在該金屬基底上的多層光柵脊，多層光柵脊為自上而下依次疊置的上石墨烯層、上電介質層、下石墨烯層和下電介質層構成的光柵結構；上石墨烯層、上電介質層、下石墨烯層和下電介質層均為長寬相同的長方形片體，并且上石墨烯層的厚度和下石墨烯層的厚度相同且小于上電介質層的厚度；下電介質層的厚度大于上電介質層的厚度；當正入射光以TE偏振方式入射到多層光柵脊上時，多層光柵脊作為一個共振腔，入射光與多層光柵脊、金屬基底相互作用產生腔模式共振，引起光吸收增強；當正入射光以TM偏振方式入射到多層光柵脊上時，入射光在下層電介質層與金屬基底的界面處產生磁共振。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

上述的金屬基底為由金屬金材料或由金屬銀材料制成的強反射金屬層。

上述的上電介質層和下電介質層均為由鍺材料或由硅材料制成的高折射率介質層。

上述的上電介質層的厚度為50nm-100nm，下電介質層的厚度為100nm-150nm。

上述的多層光柵脊的周期為800nm-2000nm，多層光柵脊的占空比為0.4-0.6。

上述的入射光的入射角在0°-80°的范圍內變化時，石墨烯吸收器對入射光的吸收率為80%-99%，且對于入射光的偏振態不敏感。

上述的石墨烯吸收器為一種基于亞波長光柵石墨烯吸收器，入射光的波長范圍為2μm-4μm。

與現有的技術相比，本發明的偏振無關寬角度石墨烯吸收器為一種基于亞波長光柵結構的石墨烯吸收器，本發明與傳統吸收器相比具有以下優點:

1、采用石墨烯設計光柵，尺寸小，光學性能穩定。

2、光吸收效率高，可以達到80%以上，最大可達99%。

3、該石墨烯吸收器偏振無關，適用于寬角度入射。

4、本系統結構緊湊，易于控制和調節，系統穩定性高。

附圖說明