[发明专利]一种石墨烯太赫兹宽带吸波器的设计方法、装置及结构

说明书

本发明公开了一种石墨烯太赫兹宽带吸波器的设计方法、装置及结构，该方法以表面金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层四层结构为基本结构单元，根据宽带吸波器的约束条件确定基本结构单元数量，设计石墨烯太赫兹宽带吸波器的多分离层结构，并通过石墨烯费米能级调控方法调控吸波器的吸收带宽，指导石墨烯费米能级高效调控，增加吸波器调控自由度，便于编码智能调控，也可以实现精准窗口调控，在得到初始化谐振电路参数后，通过智能优化算法对初始化参数进行优化，以得到符合宽带吸收器的吸收频率范围和吸收效率要求的设计参数，缩短宽带吸波器的参数确定过程，提高参数确定效率。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种石墨烯太赫兹宽带吸波器的设计方法、装置及结构。

背景技术

太赫兹波(Terahertz，THz)频率范围0.1THz～10THz，波长位于30μm～3mm范围内，是介于远红外线与毫米波之间的电磁波，较短的波长使其可以实现极高的分辨率和更精确的定位，较少的应用使其具有更强的保密性、抗干扰性和隐身探测能力，较高的频率使其具有高分辨成像以及大容量实时无线传输等优势，因此，太赫兹波具有巨大的军事领域应用前景。

随着太赫兹雷达在目标探测、目标追踪方面的应用，太赫兹雷达对抗技术也应运而生，但目前太赫兹雷达对抗技术的研究主要集中在2THz～10THz太赫兹波频率范围内，缺乏对0.1THz～2THz太赫兹波频率范围的研究，研究波长跨度较小，且当前宽带吸波器的设计过程大多是根据经验先设定结构参数(包括表面金属层的结构周期、形状结构尺度和介质层厚度等)，然后再仿真，若宽带吸收器对太赫兹波的吸收效率没有达到要求，然后再调试、再仿真，通过一遍一遍的试错得到较为符合要求的结构参数，该确定结构参数的过程较为漫长，耗费资源且效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题为目前对太赫兹雷达对抗技术的研究缺乏对0.1THz～2THz太赫兹波频率范围的研究，且过程漫长、耗费资源、效率低，因此，本发明提供一种石墨烯太赫兹宽带吸波器的设计方法、装置及结构，由需求指导设计，通过获取宽带吸收器的吸收频率范围和吸收效率要求，采用智能优化算法计算得到宽带吸收器的结构参数，缩短参数确定过程，提高参数确定效率。该方法为通用普适性宽带吸收设计方法，不仅适用于太赫兹波段，还可适用于微波、光学等波段以及宽波段超宽带设计，如太赫兹/光学，微波/太赫兹或微波/太赫兹/光学超宽带等。

本发明通过下述技术方案实现：

一种石墨烯太赫兹宽带吸波器的设计方法，包括：

获取宽带吸波器的约束条件，所述约束条件包括太赫兹波的吸收频率范围和吸收效率；

以表面金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层四层结构为基本结构单元，根据所述宽带吸波器的吸收频率范围和吸收效率，确定基本结构单元数量，并计算各基本结构单元对应的初始化谐振电路参数；

将所述初始化谐振电路参数输入到智能优化算法中进行多分离层结构参数优化处理，得到优化后的谐振电路参数，并基于优化后的谐振电路参数通过多层膜系反射计算方法，计算对应的吸收频率范围和吸收效率；

当计算得到的吸收频率范围满足约束条件中的吸收频率范围，则对计算得到吸收频率范围内的所有频率点的吸收效率进行叠加计算，若叠加计算得到的所有频点的吸收效率均满足约束条件中的吸收效率，则调用等效谐振电路参数反演程序对优化后的谐振电路参数进行反演，得到宽带吸波器的设计参数。

进一步地，所述根据所述宽带吸波器的吸收频率范围和吸收效率，确定基本结构单元数量，并计算各基本结构单元对应的初始化谐振电路参数，包括：

按照预设吸收频率数量，在太赫兹波的吸收频率范围内选择对应数量的吸收频率作为特征吸收频率；

基于选择的特征吸收频率确定每个特征吸收频率的特征波长，并基于所述特征波长设置表面金属层的结构参数；