[發明專利]一種基于石墨烯的多頻段易調諧太赫茲吸波器

有效

• 申請號: 202011131054.3
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112290229B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 蔡藝軍;郭永博;張宏怡;陳鋮穎;王譯;周遠國
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00
• 代理公司: 廈門福貝知識產權代理事務所(普通合伙) 35235
• 代理人: 陳遠洋

本發明提出了一種基于石墨烯的多頻段易調諧太赫茲吸波器，吸波器由吸波器單元構成，吸波器單元設置有9層結構，從上到下依次為石墨烯層和Topas介質層共8層間隔設置，底層為金屬層，石墨烯層為橢圓形且每個相鄰的石墨烯層的長軸互相垂直設置。石墨烯層在本發明中作為吸波材料，石墨烯層為橢圓形結構可以誘發入射太赫茲波的局域表面等離激元諧振。通過對四個不同石墨烯層進行不同載流子濃度的摻雜，從而改變石墨烯的化學勢，進而可以獨立調節8個吸波頻段的頻率，或者長短軸的長度調整，也可以獨立調節8個吸波頻段的頻率。該太赫茲吸波器具有八頻帶吸收、高吸收率、易調諧、結構簡單以及易于集成等優點。

技術領域

本發明屬于太赫茲技術領域，具體涉及一種基于石墨烯的多頻段易調諧太赫茲吸波器。

背景技術

太赫茲波是介于微波與紅外波段之間頻譜范圍的電磁波，它具有非常獨特的性質，主要有:(1)太赫茲波具有很低的光子能量(1THz～4meV)，與物質相互作用時具有非電離特性，不會對生物組織造成破壞。而x射線的光子能量在KeV范圍，可能會對生物組織造成遺傳性損傷和皮膚癌。(2)太赫茲波具有非常強的穿透性，對大部分的非極性物質以及非金屬材料(例如衣服、皮革、紙張等)吸收較小，穿透性能好。因此太赫茲波可以對隱藏物進行檢測。(3)太赫茲波具有明顯的特征吸收峰。大部分生物組織以及有機分子的振動、平動和轉動能級都在太赫茲波段范圍內。因此可以通過太赫茲時域光譜技術獲得它們的光譜信息，進而通過特征頻率對它們的物質結構、物性進行分析和鑒定。(4)太赫茲波的波長比微波波長短，因此太赫茲波在成像方面擁有更高的空間分辨率。

由于太赫茲波的特殊性質決定了其在通信(寬帶通信)、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫學成像(無標記的基因檢查、細胞水平的成像)、無損檢測以及安全檢查(生化物的檢查)等領域具有重要的應用。近年來，太赫茲波產生源與太赫茲波檢測被公認為是制約太赫茲技術發展的兩大關鍵問題。而太赫茲波的吸收和能量捕獲是實現太赫茲檢測的基礎，也是太赫茲波標定、調控、轉換和應用的核心問題。目前，大多數設計都集中在吸收強度調制或者單雙頻帶的調制，很少有研究實現多頻帶的吸收，多頻帶的太赫茲吸波器現在還普遍存在著結構復雜、吸收率低、不易調諧、結構尺寸大、難集成等缺點。

發明內容

本申請提出了一種基于石墨烯的多頻段易調諧太赫茲吸波器，該太赫茲吸波器具有八頻帶吸收、高吸收率、易調諧、結構簡單以及易于集成等優點，以解決現有技術存在的結構復雜、吸收率低和不易調諧等缺點。

本發明提出了一種基于石墨烯的多頻段易調諧太赫茲吸波器，吸波器由吸波器單元構成，吸波器單元設置有9層結構，從上到下依次為石墨烯層和Topas介質層共8層間隔設置，底層為金屬層，石墨烯層為橢圓形且每個相鄰的石墨烯層的長軸互相垂直設置。該太赫茲吸波器結構簡單，易于制造。

在一個優選的實施例中，吸波器由30～100個吸波器單元構成。如果吸波器單元數少于30個會有邊界效應，吸收性能和仿真數據會有差距，大于100個會使吸波器單元體積過大。

在一個優選的實施例中，在每個吸波器單元中，石墨烯層從上到下依次包括第一石墨烯層、第二石墨烯層、第三石墨烯層以及第四石墨烯層，第一石墨烯層的長軸范圍為2.73μm～5.07μm，短軸范圍為2.17μm～4.03μm，第二石墨烯層的長軸范圍為1.82μm～3.38μm，短軸范圍為1.47μm～2.73μm，第三石墨烯層的長軸范圍為1.40μm～2.60μm，短軸范圍為1.12μm～2.08μm，第四石墨烯層的長軸范圍為1.11μm～4.03μm，短軸范圍為0.90μm～1.66μm。經過仿真實驗優化后，石墨烯層的長軸和短軸的長度選在上述范圍內以保證有8個明顯的吸收頻段，且吸收效果最佳。