[发明专利]基于石墨烯的双频带太赫兹吸波器

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的双频带太赫兹吸波器，属于太赫兹技术领域的吸波器件，利用了石墨烯表面等离子体特性。该吸波器件为二维周期性结构，其结构组成为：金构成的金属条带（1），三氧化二铝介质层（2），石墨烯吸收层（3），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）介质层（4），二氧化硅衬底层（5），以及底部的反射层金（6）。主要通过有限元方法计算模拟出石墨烯对太赫兹波的吸收频谱，对吸波器件结构进行优化，得到理想的吸收效果。本发明结构简单，易于加工；并且由于石墨烯特殊的光学特性，可通过掺杂方式对吸收峰值位置进行调节。

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯的双频带的太赫兹吸波器，属于石墨烯材料在太赫兹波段应用领域。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz间的电磁波，在毫米波和红外线之间，同时具有这两个波段的部分特性。随着太赫兹技术在通信、成像、传感等方面的应用，引起了人们对太赫兹技术的极大关注。目前在自然界中很少有材料可以应用于这一波段，主要是缺少有效的太赫兹源和探测器，近年来为了提高太赫兹探测器件的探测效率和灵敏度，科研人员开始将太赫兹波吸波材料的研究放在至关重要的位置，其中基于超材料的太赫兹吸波材料的研究是一个重要方向，通过改变结构单元的尺寸，可以使材料作用于太赫兹频段，从而作为一种太赫兹吸波器件。

吸波材料是一种可以将入射到材料表面的电磁波转换为热能或其他形式能量的一类材料，可减少电磁波的透射和反射，从而实现对电磁波的吸收。目前典型的吸波器件结构为三明治型：其顶层为周期性超材料图案，中间是一层非金属介质材料，底层是不透明的金属平面。通过调节单元结构的尺寸来调节吸收峰的位置和吸收效率，所以在实验中一旦固定下来就很难实现可调性。在太赫兹波段由于作为常用的表面等离子体材料的金属的介电常数虚部非常大从而不能直接支持表面等离子体，也限制了表面等离子体在太赫兹吸波方面的应用。

相比于传统的金属吸波器，本发明提出的基于石墨烯的太赫兹吸波器具有结构简单，易于加工，并且石墨烯的性质还可以通过外加电压来调节。由于石墨烯的相对介电常数实部在太赫兹波段为负的，所以在太赫兹波段石墨烯表现出金属的性质，支持表面等离子体激元。作为新材料的石墨烯，在太赫兹波段所展现出的特性，使其成为吸波材料研究的热点。

发明内容

本发明设计了一种基于石墨烯的双频带太赫兹吸波器，提供一种结构简单，易于调节的太赫兹吸波器件。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

基于石墨烯的双频带太赫兹吸波器，该器件为二维周期性六层结构，自上而下分别为：一层金属条带，一层三氧化二铝条带，一层石墨烯条带，一层聚甲基丙烯酸甲酯，一层二氧化硅，以及最底层的金属反射层。

本技术方案中的双频带太赫兹吸波器件以石墨烯材料为基础，可以通过氧化石墨还原法来制作，器件的加工还包括光刻及刻蚀技术。本发明使用石墨烯条带为吸收介质，并且其化学势可通过掺杂的方式来改变。

本发明所述的有益效果是：

1、可实现对太赫兹波的高效吸收，单频带的吸收效率接近100%。

2、 通过调节石墨烯的化学势，可得到双频带吸收效果，并且吸收效率在90%以上。

3、 该器件的吸收峰位置不仅可以通过几何参数去调节还可以通过外加电压的方法去调节。

4、 吸波器件采用二维周期性结构，结构简单紧凑， 便于大规模集成。

附图说明

图1是本发明结构单元示意图。

图2是w=7μm，μ从1.5eV到1.8eV范围内变化的吸波图

图3是化学势μ=1.5eV，w为7.2μm时该结构的吸波图

以上图片中含有：