[發明專利]一種混合圖案化金屬-石墨烯超表面的多波帶吸收器

有效

• 申請號: 202110074207.3
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112909565B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 蒙紅云;沈鴻洋;劉春陽;劉鳳祥;譚春華;黃旭光
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q17/00
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 潘素云

本發明公開了一種混合圖案化金屬?石墨烯超表面的多波帶吸收器，所述多波帶吸收器是以薄金屬板作為最底層的金屬反射板，最上層超表面圖案化金屬?石墨烯周期單元在中間介質夾層(二氧化硅)上周期性排列組成；每一個超表面圖案化金屬?石墨烯周期單元是由石墨烯矩形環和位于石墨烯矩形環中心的金屬圓盤組成，由此形成共層面；所述超表面圖案化金屬?石墨烯周期單元位于結構的最上層，中間介質夾層位于結構中間層，金屬反射板作為反射板位于結構最底層；本發明具有三個較高吸收率的吸收峰，可廣角入射以及吸收可調節等特點同時該類型的吸收器尺寸小，厚度薄，便于集成與制作。

技術領域

本發明涉及光學器件技術領域，具體涉及一種混合圖案化金屬-石墨烯超表面的多波帶吸收器。

背景技術

表面等離子共振(SPR)是一種電磁模式，它沿金屬-介質界面傳播。它是由金屬表面的光場和集體電子振蕩的耦合產生的。SPR的特性取決于納米結構的幾何形狀，大小和組成。在亞波長范圍內，表面等離子體共振為各種光電器件的設計提供了一個極好的平臺。超材料是人為設計的具有亞波長尺寸的周期性陣列結構。它具有許多卓越的電磁特性，這對于納米光子學的研究具有潛在的價值。超表面是由亞波長周期結構按照一定的規律排列組成的平面陣列，簡單來說，超表面可以看成是超材料的二維平面結構。作為一種人為設計的平面光學微納結構，超表面能在亞波長尺寸中以獨特的方式有效操縱入射光束的波前，并在其透射和反射波中呈現出非均勻的相位分布。而基于石墨烯的吸收器具有可調諧的特征，因此吸收性能具有可調諧的石墨烯超表面吸收器的研究近年來發展迅速。

石墨烯是一種具有單分子碳原子層的二維材料，由于其獨特的蜂窩晶格和電子能帶結構而引起了人們對光子和電子研究的興趣。與金屬相比，當與入射電磁波相互作用時，石墨烯具有更出色的等離子體性能，因此石墨烯在光電子學領域具有許多潛在的應用。另外，可以通過靜電摻雜調節化學勢的方法或者側端連接電壓來連續調節石墨烯的表面電導率，從而改變石墨烯的費米能級，進而動態調諧吸收器的吸收峰，以實現吸收體的可調性能。這種獨特的性能使石墨烯成為設計可調吸收器的極佳材料?；谶@些特性，研究了具有近乎完美吸收性能的可調諧石墨烯吸收器。在許多實際應用中，基于多波帶超材料吸收器的可以執行頻率檢測，而且可以減少環境干擾并具有較高的檢測靈敏度和穩定性。然而，如何獲得具有高靈敏度折射率傳感的多波段石墨烯吸收器仍然是一個熱點問題，值得我們的關注和研究。

發明內容

有鑒于此，為了解決現有技術中的上述問題，本發明提出一種混合圖案化金屬-石墨烯超表面的多波帶吸收器，具有三個共振吸收峰，廣角入射以及吸收水平可調節等特點，同時該耦合器件尺寸小厚度薄，結構簡單易于集成與制作。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：

一種混合圖案化金屬-石墨烯超表面的多波帶吸收器，包括金屬反射層、中間介質夾層和混合圖案化金屬-石墨烯結構；其中，混合圖案化金屬-石墨烯結構包括若干個超表面圖案化金屬-石墨烯周期單元；

若干個超表面圖案化金屬-石墨烯周期單元在中間介質夾層上表面周期性排列，形成共面層，金屬反射層緊貼于中間介質夾層下表面；

太赫茲平面波光源垂直照射在混合圖案化金屬-石墨烯結構上，得到三個吸收峰，實現多波帶吸收，通過改變側端柵電壓來調節混合圖案化金屬-石墨烯結構中石墨烯的費米能級，在側端柵電壓通電情況下，改變石墨烯的電導率大小，進而實現多波帶吸收器吸收峰的動態調節。

進一步地，所述金屬反射層的材料為金，其電導率為6.09×10^6S/m-6.45×10^6S/m，周期單元長度為1.9μm～2.1μm，周期單元寬度為1.9μm～2.1μm，周期單元厚度為0.2μm～0.5μm。

進一步地，所述中間介質夾層的材料為二氧化硅，其相對介電常數為3.9～4.5，周期單元長度為1.9μm～2.1μm，周期單元寬度為1.9μm～2.1μm，周期單元厚度為4.2μm～4.6μm。