[發明專利]一種實現石墨烯對圓偏振光高效率吸收的方法及吸波裝置

有效

• 申請號: 202010106489.6
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111273383B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 桑田;李國慶;齊紅龍;尹欣;王勛
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B5/08;C23C14/14;C23C14/10;C23C16/26;C23C16/56;C23C28/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

1.一種基于石墨烯等離子體共振估算圓偏振光吸收峰位置的方法，其特征在于，所述方法基于一種石墨烯對圓偏振光高效率吸收的吸波裝置實現；所述裝置由結構元胞構成，所述元胞從上到下依次由石墨烯方片、介質薄膜層和金屬反射鏡構成；所述介質薄膜層用來分隔石墨烯和金屬反射鏡；所述金屬反射鏡的厚度大于入射光波長趨膚深度；

所述方法包括：在圓偏振光兩個正交方向電場的激發下，電荷在石墨烯方片的邊緣積累形成石墨烯等離子體共振，采用FDTD計算石墨烯取不同邊長時所對應的補償相位，然后進行線性擬合，進而估算石墨烯取其他邊長時所對應的補償相位，對應的共振吸收波長λ_r與石墨烯方片邊長L滿足：

其中，λ_r是圓偏振光的共振吸收波長，m為共振模式數，L為石墨烯方片的邊長，/2π是補償相位；Re(n_eff)為石墨烯等離子體有效折射率的實部；

根據上式估算出石墨烯邊長對應的共振吸收波長λ_r，即可得到吸收峰位置。

2.一種動態選擇石墨烯對圓偏振光吸收通道的方法，其特征在于，所述方法基于一種石墨烯對圓偏振光高效率吸收的吸波裝置實現；所述裝置由結構元胞構成，所述元胞從上到下依次由石墨烯方片、介質薄膜層和金屬反射鏡構成；所述介質薄膜層用來分隔石墨烯和金屬反射鏡；所述金屬反射鏡的厚度大于入射光波長趨膚深度；

所述方法在圓偏振光兩個正交方向電場的激發下，電荷在石墨烯方片的邊緣積累形成石墨烯等離子體共振，通過對石墨烯施加外加電壓改變石墨烯的費米能級E_F，進而改變石墨烯等離子體對應的共振波長，實現石墨烯對圓偏振光吸收通道的動態選擇。

3.如權利要求2所述的一種動態選擇石墨烯對圓偏振光吸收通道的方法，其特征在于，通過增加石墨烯費米能級E_F，石墨烯對圓偏振光的吸收波長發生藍移，吸收峰向短波方向移動。

4.一種實現石墨烯對圓偏振光高效率多通道增強吸收的方法，其特征在于，所述方法基于一種石墨烯對圓偏振光高效率吸收的吸波裝置實現；所述裝置由結構元胞構成，所述元胞從上到下依次由石墨烯方片、介質薄膜層和金屬反射鏡構成；所述介質薄膜層用來分隔石墨烯和金屬反射鏡；所述金屬反射鏡的厚度大于入射光波長趨膚深度；

所述方法在圓偏振光兩個正交方向電場的激發下，電荷在石墨烯方片的邊緣積累形成石墨烯等離子體共振，通過在一個元胞中集成多個不同邊長的石墨烯方片，進而獲得對圓偏振光的多個吸收增強通道。

5.如權利要求4所述的一種實現石墨烯對圓偏振光高效率多通道增強吸收的方法，其特征在于，所述在一個元胞中集成不同邊長的石墨烯方片數量為2個或3個，分別獲得2個和3個圓偏振光的增強吸收通道。

6.一種實現石墨烯對圓偏振光選擇性吸收的方法，其特征在于，所述方法基于一種石墨烯對圓偏振光高效率吸收的吸波裝置實現；所述裝置由結構元胞構成，所述元胞從上到下依次由石墨烯方片、介質薄膜層和金屬反射鏡構成；所述介質薄膜層用來分隔石墨烯和金屬反射鏡；所述金屬反射鏡的厚度大于入射光波長趨膚深度；

所述方法通過激發石墨烯方片的表面等離子體共振增強對圓偏振光的吸收效率，該方法適用的波段為可以激發石墨烯等離子體共振的中紅外至太赫茲波段。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在石墨烯等離子體共振對應的吸收波長處，石墨烯對圓偏振光的吸收效率最高達到100％。