[发明专利]一种具有手性选择的太赫兹近完美吸收器

说明书

本发明公开了一种具有手性选择的太赫兹近完美吸收器，其包括垂直于太赫兹波入射方向的周期为2μm×2μm的结构单元，所述结构单元沿太赫兹波入射方向从上到下依次包括第一单层石墨烯条带、第一二氧化硅隔离层、第二单层石墨烯条带、第二二氧化硅隔离层、金反射层和单晶硅衬底，其中，第一单层石墨烯条带长、宽分别为l₁＝2μm，w₁＝1.7μm，第二单层石墨烯条带长、宽分别为l₂＝1.9μm，w₂＝0.5μm，第二单层石墨烯条带相对第一单层石墨烯条带左倾斜45°设置。其可以实现手性吸收，具有较好的圆二色性。通过在第一、第二单层石墨烯条带上施加电压，在保证较大圆二色性的同时实现工作频率较大范围的调控。

技术领域

本发明属于光电子器件技术领域，具体涉及一种具有手性选择的太赫兹近完美吸收器。

背景技术

光学手性材料对不同的圆偏振光表现出不同的响应，其对右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的差分吸收称为圆二色性。由于大多数天然材料的手性响应较微弱，因此制备的手性光响应器件大多体积较大，不利于光学系统的集成。超材料是一种由周期性微纳结构组成的人工材料，其新奇的物理性质引起了国内外众多科研人员的兴趣。超材料的结构单元与电磁波发生相互作用的过程中，可以实现对入射电磁波强度、相位、偏振方向等光学特性的调控。精确设计的超材料可以弥补自然界材料的电磁缺陷，构建具有较强手性响应的人工手性材料，从而降低相应器件的厚度，因此受到人们越来越多的关注。

太赫兹波是频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，在通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学等方面拥有广泛的应用前景。随着上世纪八十年代宽带稳定脉冲太赫兹光源的获得，太赫兹技术得以迅速发展。太赫兹技术的发展依赖相关光学材料的研发，其中具有圆二色性的手性吸收器可以吸收一种圆偏振光，并在不改变偏振状态的前提下反射另一种圆偏振光，在功能性太赫兹吸收器、成像显示及手性光电探测器等方面有广泛的应用，对太赫兹波的应用至关重要。

基于超材料的手性超反射镜是实现手性吸收器的有效途径，一般由上到下包括周期性金属超材料结构、介质间隔层和厚金属反射镜。其中，金属超材料结构必须是对称性破缺的，同时包括n倍旋转(n2)对称破缺和镜像对称性破缺，才可以实现具有圆二色性的手性吸收。

发明内容

为了实现上述目的，本发明涉及一种基于石墨烯超材料的具有手性选择的太赫兹近完美吸收器，可通过施加外加电压实现对其工作频率的主动调控。

本发明涉及的一种具有手性选择的太赫兹近完美吸收器，包括垂直于太赫兹波入射方向的周期为2μm×2μm的结构单元，所述结构单元沿太赫兹波入射方向从上到下依次包括第一单层石墨烯条带、第一二氧化硅隔离层、第二单层石墨烯条带、第二二氧化硅隔离层、金反射层和单晶硅衬底，其中，第一单层石墨烯条带长、宽分别为l₁＝2μm，w₁＝1.7μm，第二单层石墨烯条带长、宽分别为l₂＝1.9μm，w₂＝0.5μm，第二单层石墨烯条带相对第一单层石墨烯条带左倾斜45°设置。

进一步地，所述结构单元还包括置于第一单层石墨烯条带和第二单层石墨烯条带之上的离子胶层、依次置于第一单层石墨烯条带和第二单层石墨烯条带之下的第三二氧化硅隔离层和单晶硅隔离层，在离子胶层中固定金电极，第一直流电源正、负极分别与第一单层石墨烯条带上下的金电极和单晶硅隔离层相连，第二直流电源正、负极分别与第二单层石墨烯条带上下的金电极和单晶硅隔离层相连。

进一步地，金反射层的厚度为1μm、离子胶层的厚度为0.05μm、第三二氧化硅隔离层的厚度为0.02μm、单晶硅隔离层的厚度为0.05μm。

较佳地，所述第一二氧化硅隔离层的厚度为5.88μm、第二二氧化硅隔离层的厚度为5.88μm。