[發明專利]基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器

在審

• 申請號: 201811408905.7
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109490997A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 韋中超;汪偉;毛敏
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 廣州容大專利代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年;潘素云

1.一種基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，包括周期性穿孔的石墨烯層、介質層和金屬層；

金屬層作為反射層放置在底層，金屬層上面就是中間的介質層，石墨烯層處于介質層上表面，電壓加載在石墨烯表面用來調節石墨烯的化學勢能。

2.根據權利要求1所述的基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，所述介質層為ZrO₂介質層。

3.根據權利要求2所述的基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，所述金屬層為Au金屬層。

4.根據權利要求3所述的基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，所述基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器包括結構參數r、h、p和d，分別代表圓的半徑、介質層的厚度、子單元結構的周期長度和金屬層的厚度；且周期長度p＝2um，金屬層厚度d＝1um，介質層的介電常數為4.41，金的電導率為σ_gold＝4.56×10⁷s/m。

5.根據權利要求1所述的基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，所述基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器中結構參數對吸收率與共振波長的影響關系為：

圓半徑的變化使得共振波長產生了很大的移動，同時在共振波長處的吸收率也受到了很大的影響；

共振波長隨著介質層厚度的變化而變化很小，但是在共振波長處的吸收效率卻變化比較大；

共振波長主要是受到石墨烯圖案的結構參數的影響，這是因為石墨烯表面產生了局域表面等離子共振的；

通過對結構參數的優化幾乎實現了對共振波長處正入射光的全吸收，其吸收率達到了99.9％。

6.根據權利要求1所述的基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，所述基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器中石墨烯化學勢能對吸收效率與共振波長的影響關系為：

隨著化學勢能增加在共振波長處的吸收率基本保持不變，而共振波長出現明顯的藍移，共振波長與石墨烯化學勢能之間符合關系式λ_res∝(L/μ_c)^1/2，其中L表示石墨烯圖案的等效共振長度；

由于石墨烯圖案是連續的，因此使得石墨烯的化學勢能更加容易調節，進而使得吸收器的共振波長以及吸收率實現動態調節；為了實現該完美吸收器的吸收效率以及共振波長的動態調節，只需要加載一個電壓在石墨烯表面即可。

7.根據權利要求1所述的基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，所述基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器中入射光的極化角以及入射角對吸收率以及共振波長的影響關系為：

對正入射光的極化角度的獨立，即當入射光的極化角度改變時，其對應的吸收曲線幾乎不變，這是因為該完美吸收器的石墨烯圖案高度對稱；

當以不同入射角度的光入射到吸收器上時，結果表明當入射角度達到60°時，仍然能夠對共振波長處的入射光實現高度的吸收。

8.根據權利要求1所述的基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，所述基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器中的電場分布關系為：

強烈的電場局域導致了高的吸收率，當共振波長處的入射光入射到吸收器上時，電場幾乎局限在石墨烯的邊緣，這是因為在石墨烯表面激發的SPPs而導致局域表面等離子共振所導致的結果；

當用低吸收率處的入射光入射時，石墨烯表明幾乎沒有電場的存在，幾乎全部被反射回去。

9.根據權利要求1所述的基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器，其特征在于，所述基于圓穿孔的石墨烯陣列的完美吸收器對環境折射率的敏感度關系為：

共振波長與環境折射率之間符合關系式λ_res∝(ε₁+ε₂)，其中ε₁代表石墨烯上層介質的介電常數即外界環境的介電常數，而ε₂代表石墨烯下層介質的介電常數即介質層的介電常數，而ε₁＝n²，其中n表示環境折射率；

共振波長幾乎隨著折射率的增加而線性增加，該完美吸收器能夠作為一個很好地折射率探測器，其靈敏度達到了4753nm/RIU，FOM值為23。