[发明专利]一种基于单圆环石墨烯的太赫兹宽带可调吸收器

说明书

一种基于单圆环石墨烯的太赫兹宽带可调吸收器，涉及吸收器。呈三层结构，从下而上依次为金属层(1)、介质层(2)、石墨烯层(3)，三层结构之间相互贴合。所述金属层的材料为金或铜等良导体，金属层的厚度大于入射波的趋肤深度；所述介质层的材料为二氧化硅等绝缘体，介质层的厚度与吸波频段有关；所述石墨烯层由周期性单层石墨烯圆环结构组成。本发明具有可调、吸收率高、结构简单、易于加工、偏振不敏感等优势，满足在太赫兹波通信技术、探测、成像以及光电探测器等方面的应用要求。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种基于单圆环石墨烯的太赫兹宽带可调吸收器。该吸收器结构能实现宽带吸收，宽带太赫兹波吸收率可调节、偏振不敏感的特性，可用于太赫兹探测，成像，隐身等方面。

背景技术

光吸收是光学领域的一个研究热点，特别是宽频带光吸收的研究更引起人们的关注，这是因为它在生物传感、军事隐身、光电探测器、光热转换等方面具有重要的应用前景。近年来，基于金属或介质超材料吸收器的设计已被广泛研究，但这些器件一旦制备出来，其吸收效率和吸收峰的位置就确定下来，这就不利于实际应用。如何实现可调谐的宽频带完美吸收器是该领域最热点的研究方向之一，因为它们在实际应用中具有很大的灵活性。目前，主要有两种方法设计可调谐的宽频带超材料完美吸收器。一种方法是将两个或多个具有不同尺寸的谐振器组合在一起构成超大单元。另一方法是堆栈具有不同几何尺寸的多层谐振器，所述的多层谐振器由具有适当厚度的介质层隔离。虽然宽带和可调谐吸收行为是非常理想的，但它们也面临着一些问题：结构单元尺寸大，器件制备工艺过程复杂。这些问题极大地阻碍了它们的实际应用。

本发明通过设计新的超材料吸收器具有宽带强吸收、偏振不敏感、厚度薄，单一结构、结构简单、便于加工等优势。另外，由于石墨烯的费米能级可调性，使得可以实现吸收器强度的动态可调的性能，可以满足对太赫兹吸收方面应用的要求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于单圆环石墨烯的太赫兹宽带可调吸收器，具有宽带吸收，宽带电可调、大角度吸收、偏振不敏感的特点。

为实现上述目的，本发明的采用的技术方案是：

一种基于单圆环石墨烯的太赫兹宽带可调吸收器，其特点在于：本发明呈三层结构，从下而上依次为金属层(1)、介质层(2)、石墨烯层(3)，三层结构之间相互贴合。所述金属层的材料为金或铜等良导体，金属层的厚度大于入射波的趋肤深度；所述介质层的材料为二氧化硅等绝缘体，介质层的厚度与吸波频段有关；所述石墨烯层由周期性单层石墨烯圆环结构组成。

本发明所述的有益效果是：

1.石墨烯层关于x轴和y轴对称，对于TE和TM波可以得到相同的吸收曲线，保证了结构的偏振不敏感性。

2.本发明的宽频带吸收器结构简单，仅用单层石墨烯便可实现宽频带吸收效果，在特定频带范围内吸收率不低于90％。

3.当入射角增大时，仍能保持良好的吸收效果。

4.吸收器采用二维周期型结构，结构简单紧凑，便于大规模集成。

5.本发明利用石墨烯的电可调性，可以实现宽带吸收率的动态可调特性。

附图说明

图1：本发明实施例的单元结构示意图。

图2：本发明实施例的顶层石墨烯俯视图。

图3：电磁波垂直入射下该吸收器的吸收曲线图。

图4：改变化学势0～0.9eV时吸收曲线图。

图1中，1：金属层；2：介质层；3：石墨烯层。金属层的长和宽为p＝35微米，厚度为t_m＝0.2微米，介质层厚度为t_d＝25微米。