[发明专利]集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器

说明书

本发明属于吸波器件技术领域，特别涉及一种集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，该吸波器从上到下依次由图案化的镂空圆型石墨烯层、电介质层、金属底板组成，所述镂空圆型石墨烯层在x,y方向呈周期性排列，中间电介质层和石墨烯层紧密贴合。本发明结构简单、对称，采用单层图案化石墨烯、介质、和衬底层实现了吸波器的偏振不敏感特性以及宽带吸收效应。此外，石墨烯的电导率可通过施加静电压或化学掺杂可调，本发明在不改变器件结构的情况下，通过调节外加电压可有效调谐吸收率的幅值。该吸波器件偏振不敏感、宽带可调，可在成像、检测、隐身技术等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于吸波器件技术领域，特别涉及一种集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器。

背景技术

近年来，太赫兹波段由于在光谱学、医学成像、安全、传感、生物技术等领域的广泛应用，引起了广大学者的关注。吸波器作为太赫兹技术控制装置的重要组成部分，可以在上述领域中得到实际应用。但传统的吸波器大多是由金属-电介质结构组成，这一类吸波器其结构参数一旦确定，其共振频率和吸收率就不能够再改变，不利于实际应用。因此，迫切需要在不改变结构参数的情况下，吸波器可实现共振频率、吸收率可调。为了实现这一目标，研究学者们也提出了很多方法进行改善，例如，采用温控二氧化钒相变材料、利用硅、锗等半导体材料等。然而，基于温控二氧化钒相变材料的吸波器，由于温度的不好调控的特性，存在一定的缺陷。基于金属-半导体材料的太赫兹吸波器，其吸收率往往无法动态调控。

石墨烯作为一种具有蜂窝晶格结构的二维材料，由于其具有超高的电子迁移率、高度限制的等离子体传播和极低的损耗的性能，已成为最有前途的吸收材料之一。特别是，通过静电场、栅极电压和化学掺杂，可改变石墨烯的电导率，从而实现在不改变结构参数的情况下，吸收器的共振频率、吸收率动态可调。因此，不像传统的基于金属-电介质结构的吸波器件需要重新制造新的结构来实现动态调谐，基于石墨烯的吸波器件只需要通过改变石墨烯的费米能级即可实现对太赫兹波的主动式调控。

根据调研，现有吸收器的设计大多是采用含有金属材料的超表面，其吸收原理一般是由于金属图案的开口环谐振引起的，此类结构要想获得吸收频率的动态可调，往往需要重新进行二次设计，损耗大且制造成本较高，不利于实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，解决的技术问题是现有吸收器无法获得动态可调的高吸收、高调制深度以及偏振不敏感的效果，且存在只可实现双单频点的吸收问题。为了解决该问题，本发明提供一种集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，其既可以实现宽带吸收动态可调又可以实现偏振不敏感的目的。同时，该耦合器件尺寸小厚度薄，结构简单易于集成与制作，可作为高性能的吸波器件应用于太赫兹技术领域。

本发明所采用的技术方案是：一种集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，该吸波器由多个吸收器单元构成，吸收器单元自下而上依次设置的底层金属，中间电介质层和上层图案化的镂空圆型石墨烯层。底层金属、中间电介质层和上层石墨烯层之间相互贴合。所述底层金属是全金属薄膜，上层图案化石墨烯结构在x,y方向呈周期结构排列。

作为本发明集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，进一步地，所述的每个基本单元对应的石墨烯图案结构相同，其具体结构形状如下：正方形石墨烯片的长、宽为21~25μm，镂空圆的半径r为5~9μm。

作为本发明集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，进一步地，所述中间电介质层的材料为聚酰亚胺，所述介质层的厚度h为33~45μm。

作为本发明基于集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，进一步地，所述下层为金属层，其厚度为0.1~0.5μm。

作为本发明集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，进一步地，所述每个单元结构的周期为 33~41μm。

作为本发明集偏振不敏感、宽带可调为一体的太赫兹吸波器，进一步地，所述上层为石墨烯层，是电导率可调材料。