[发明专利]基于石墨烯多谐振结构的极化不依赖宽带太赫兹吸波器

说明书

基于石墨烯多谐振结构的极化不依赖宽带太赫兹吸波器，涉及太赫兹吸波器。由5层结构构成，从上至下依次为周期性石墨烯多谐振网状结构层、上介质层、偏压层、下介质层和金属层；所述周期性石墨烯多谐振网状结构层的单元结构的横向周期和纵向周期均为正方形，石墨烯多谐振结构分别是以周期正方形四边的中点连接组成的正方形样式的石墨烯、周期正方形四角半径的四分之一圆盘、周期正方形四条边上宽度的矩形条带组成。结构简单，具有一般性，通过尺度变换能够用于中红外、远红外、可见光或其它频段的电磁波的吸收。

技术领域

本发明涉及太赫兹吸波器，尤其是涉及基于石墨烯多谐振结构的极化不依赖宽带太赫兹吸波器。

背景技术

太赫兹波是指频率范围在0.1～10THz的电磁波，介于微波和红外之间处于宏观电子学和微观光子学的过渡区，相对于已经发展较为成熟的微波和光波技术，形成一个相对落后的“太赫兹间隙”，也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。随着太赫兹源和检测技术的发展，各种太赫兹器件也在近年来得到迅速发展。太赫兹吸波器是一种很重要的太赫兹功能器件，可以广泛应用于太赫兹传感、成像、探测、隐身等领域。2008年，Landy et al.发表在Physical Review Letters上的论文(Perfect MetamaterialAbsorber)研究设计了一款完美超材料吸波器，近年来人们研究了多种超材料吸波器新结构，然而大部分完美吸波器工作带宽较窄，有的甚至仅能在单个频点上达到接近全吸收的效果。考虑到实际应用需求，多带和宽带吸波器的研究受到广泛的关注。目前，超材料吸波器的特性往往是确定的，器件制作之后其吸收率便不具可调性，从而限制了其在需要调控场景下的实际应用，因此开展具有吸收特性可调的宽带吸波器研究具有十分重要的意义。石墨烯是由单层二维碳原子组成的蜂窝形状的材料，具有独特的电可调特性，即通过控制直流偏压的方式改变石墨烯的电导率，能够支持太赫兹和中红外频段的局域表面等离激元，是一种理想的可用于太赫兹的可调特性器件的新材料。现阶段，基于石墨烯的局域表面等离激元宽带吸波器一般由三部分组成，分别是底层金属反射层、中间介质层和顶层的石墨烯层，例如，Zhu et al.在Applied Physics Express上发表的论文(Broadband single-layered graphene absorber using periodic arrays of graphene ribbons withgradient width)提出了一款基于石墨烯的局域表面等离激元的吸波器结构，通过底面金属层的反射和石墨烯表面的连续局域表面等离激元共振的共同作用，能够达到一个相对带宽为43％的宽带的吸收效果。然而，目前常见的宽带太赫兹吸波器依然存在结构复杂、偏置施加困难、吸收率相对带宽仍较窄或存在对入射波的极化敏感的问题。因此，设计结构简单、施加容易、具有较宽相对带宽且对于极化不依赖的宽带太赫兹波器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于为了减小入射太赫兹波的极化依赖和可调宽带吸收，提供设计结构简单、施加容易、具有较宽相对带宽且对于极化不依赖的宽带太赫兹波器具有重要意义的基于石墨烯多谐振结构的极化不依赖宽带太赫兹吸波器。

本发明由5层结构构成，从上至下依次为周期性石墨烯多谐振网状结构层、上介质层、偏压层、下介质层和金属层；所述周期性石墨烯多谐振网状结构层的单元结构的横向周期和纵向周期均为正方形，石墨烯多谐振结构分别是以周期正方形四边的中点连接组成的正方形样式的石墨烯、周期正方形四角半径的四分之一圆盘、周期正方形四条边上宽度的矩形条带组成。

所述上介质层和下介质层可采用聚乙烯环烯烃共聚物，所述聚乙烯环烯烃共聚物可选自Topas等介电常数较低的绝缘体。

所述导电层可采用多晶硅等介电常数接近介质的导电材料。

所述金属层的材料可采用银，其厚度大于入射波的趋肤深度。