[发明专利]一种具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器

说明书

本发明公开了一种具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，包括：基底层以及设置于所述基底层上的若干石墨烯层，在每一个所述石墨烯层两侧分别设置有一层光子晶体阵列和一层平板层；通过所述光子晶体阵列、所述石墨烯层以及所述平板层在所述基底层上形成若干个异质结构的耦合腔。本发明通过构成层叠的基于光子晶体阵列‑石墨烯‑平板异质结构的多个耦合腔，当电磁波入射石墨烯吸收器时，石墨烯受激产生表面等离子激元，并且在光子局域效应的作用下，电磁波的能量耦合到表面等离子激元中，利用所述耦合腔产生的共振腔效应可以增加耦合效果，从而提高石墨烯吸收器的吸收效率；并且，所述耦合腔能够有效增加吸收带宽，从而提高石墨烯吸收器的实际应用范围。

技术领域

本发明涉及石墨烯吸收器技术领域，尤其涉及一种具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器。

背景技术

石墨烯是一种碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有优异的力学、热学、化学、电学、光学特性，在能源材料、微纳加工、生物医学等方面具有重要的应用前景。石墨烯在受激条件下能产生表面等离子体，具有优异独特的光电子特性，被认为是传统半导体材料的优良替代者。近年来，基于石墨烯的吸收器件备受研究者们关注。但是，单层石墨烯本身对电磁波的吸收率较低，为了克服这个技术问题，人们提出了一些重要的措施，比如利用贵金属的表面等离激元产生强电磁场来增强单层石墨烯的吸收，又如利用多层膜结构的共振腔效应来增强单层石墨烯吸收。然而，单层石墨烯吸收器的吸收频带并不宽，这在实际应用中存在局限性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，旨在解决现有单层石墨烯吸收器频带不宽导致应用存在局限性的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，包括：

基底层以及设置于所述基底层上的若干石墨烯层，在每一个所述石墨烯层两侧分别设置有一层光子晶体阵列和一层平板层；通过所述光子晶体阵列、所述石墨烯层以及所述平板层在所述基底层上形成若干个异质结构的耦合腔。

所述的具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，所述光子晶体阵列中的光子晶体呈正方晶格分布或三角晶格分布；所述光子晶体包括若干个柱体元胞，所述柱体元胞的形状为圆柱、椭圆柱、方形柱、长方形柱、三角柱、多边形柱中的一种；同一个光子晶体内的若干个柱体元胞的排布方式为环状排布、正方晶格排布、三角晶格排布中的一种。

所述的具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，所述柱体元胞的材质为第一高折射率介质，所述第一高折射率介质的折射率大于2.5。

所述的具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，所述平板层的横截面形状为圆形、椭圆形、方形、长方形、三角形、多边形中的一种。

所述的具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，所述平板层的材质为第二高折射率介质，所述第二高折射率介质的折射率大于2.5。

所述的具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，所述基底层包括衬底层和反射层，所述衬底层的材质为低折射率介质，所述低折射率介质的折射率小于2.0。

所述的具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，所述衬底层的材料为二氧化硅；所述反射层的材料为贵金属，所述贵金属为金或银。

所述的具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，在所述石墨烯层上设置有电极，所述电极选自金电极、合金电极中的一种或两种。

所述的具有异质结构耦合腔的多层石墨烯宽带吸收器，其中，在所述石墨烯层与所述光子晶体阵列之间的间隙以及所述平板层与所述石墨烯层之间的间隙中填充有高分子聚合物。