[發(fā)明專利]一種基于單圓環(huán)石墨烯的太赫茲寬帶可調(diào)吸收器

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• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111082229A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡丹;王紅燕;張進(jìn)峰
• 申請（專利權(quán)）人: 安陽師范學(xué)院
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00;G02B5/00
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一種基于單圓環(huán)石墨烯的太赫茲寬帶可調(diào)吸收器，涉及吸收器。呈三層結(jié)構(gòu)，從下而上依次為金屬層(1)、介質(zhì)層(2)、石墨烯層(3)，三層結(jié)構(gòu)之間相互貼合。所述金屬層的材料為金或銅等良導(dǎo)體，金屬層的厚度大于入射波的趨膚深度；所述介質(zhì)層的材料為二氧化硅等絕緣體，介質(zhì)層的厚度與吸波頻段有關(guān)；所述石墨烯層由周期性單層石墨烯圓環(huán)結(jié)構(gòu)組成。本發(fā)明具有可調(diào)、吸收率高、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、偏振不敏感等優(yōu)勢，滿足在太赫茲波通信技術(shù)、探測、成像以及光電探測器等方面的應(yīng)用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單圓環(huán)石墨烯的太赫茲寬帶可調(diào)吸收器。該吸收器結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)寬帶吸收，寬帶太赫茲波吸收率可調(diào)節(jié)、偏振不敏感的特性，可用于太赫茲探測，成像，隱身等方面。

背景技術(shù)

光吸收是光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，特別是寬頻帶光吸收的研究更引起人們的關(guān)注，這是因?yàn)樗谏飩鞲小④娛码[身、光電探測器、光熱轉(zhuǎn)換等方面具有重要的應(yīng)用前景。近年來，基于金屬或介質(zhì)超材料吸收器的設(shè)計(jì)已被廣泛研究，但這些器件一旦制備出來，其吸收效率和吸收峰的位置就確定下來，這就不利于實(shí)際應(yīng)用。如何實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的寬頻帶完美吸收器是該領(lǐng)域最熱點(diǎn)的研究方向之一，因?yàn)樗鼈冊趯?shí)際應(yīng)用中具有很大的靈活性。目前，主要有兩種方法設(shè)計(jì)可調(diào)諧的寬頻帶超材料完美吸收器。一種方法是將兩個(gè)或多個(gè)具有不同尺寸的諧振器組合在一起構(gòu)成超大單元。另一方法是堆棧具有不同幾何尺寸的多層諧振器，所述的多層諧振器由具有適當(dāng)厚度的介質(zhì)層隔離。雖然寬帶和可調(diào)諧吸收行為是非常理想的，但它們也面臨著一些問題：結(jié)構(gòu)單元尺寸大，器件制備工藝過程復(fù)雜。這些問題極大地阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。

本發(fā)明通過設(shè)計(jì)新的超材料吸收器具有寬帶強(qiáng)吸收、偏振不敏感、厚度薄，單一結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)簡單、便于加工等優(yōu)勢。另外，由于石墨烯的費(fèi)米能級可調(diào)性，使得可以實(shí)現(xiàn)吸收器強(qiáng)度的動態(tài)可調(diào)的性能，可以滿足對太赫茲吸收方面應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于單圓環(huán)石墨烯的太赫茲寬帶可調(diào)吸收器，具有寬帶吸收，寬帶電可調(diào)、大角度吸收、偏振不敏感的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的采用的技術(shù)方案是：

一種基于單圓環(huán)石墨烯的太赫茲寬帶可調(diào)吸收器，其特點(diǎn)在于：本發(fā)明呈三層結(jié)構(gòu)，從下而上依次為金屬層(1)、介質(zhì)層(2)、石墨烯層(3)，三層結(jié)構(gòu)之間相互貼合。所述金屬層的材料為金或銅等良導(dǎo)體，金屬層的厚度大于入射波的趨膚深度；所述介質(zhì)層的材料為二氧化硅等絕緣體，介質(zhì)層的厚度與吸波頻段有關(guān)；所述石墨烯層由周期性單層石墨烯圓環(huán)結(jié)構(gòu)組成。

本發(fā)明所述的有益效果是：

1.石墨烯層關(guān)于x軸和y軸對稱，對于TE和TM波可以得到相同的吸收曲線，保證了結(jié)構(gòu)的偏振不敏感性。

2.本發(fā)明的寬頻帶吸收器結(jié)構(gòu)簡單，僅用單層石墨烯便可實(shí)現(xiàn)寬頻帶吸收效果，在特定頻帶范圍內(nèi)吸收率不低于90％。

3.當(dāng)入射角增大時(shí)，仍能保持良好的吸收效果。

4.吸收器采用二維周期型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于大規(guī)模集成。

5.本發(fā)明利用石墨烯的電可調(diào)性，可以實(shí)現(xiàn)寬帶吸收率的動態(tài)可調(diào)特性。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實(shí)施例的單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：本發(fā)明實(shí)施例的頂層石墨烯俯視圖。

圖3：電磁波垂直入射下該吸收器的吸收曲線圖。

圖4：改變化學(xué)勢0～0.9eV時(shí)吸收曲線圖。

圖1中，1：金屬層；2：介質(zhì)層；3：石墨烯層。金屬層的長和寬為p＝35微米，厚度為t_m＝0.2微米，介質(zhì)層厚度為t_d＝25微米。