[发明专利]基于金属与石墨烯的可调控超宽带太赫兹吸收器

说明书

本发明涉及吸波器领域，具体是基于金属与石墨烯的可调控超宽带太赫兹吸收器，其包括由下至上依次设置的理想电导体层、介质层和双金属圆环，介质层内设置石墨烯层，双金属圆环由同心的第一金属圆环和第二金属圆环构成。石墨烯的表面电导率随费米能级变化，当改变石墨烯的化学势时，本发明可以实现宽带可调性，从而达到可调谐吸收的目的；本发明将双金属圆环和石墨烯层结合设计了一种超材料吸波体，使其不仅具有金属超材料吸波体的高吸收率，又具有石墨烯超材料的调控特性，具有宽带高吸收的特性。本发明结构简单，通过尺寸的比例变换，也可以实现其他波段的电磁波吸收。

技术领域

本发明涉及吸波器领域，具体是基于金属与石墨烯的可调控超宽带太赫兹吸收器。

背景技术

超材料具有超越天然材料电磁特性，是继高分子材料和纳米材料之后最具影响力的新材料，是实现完美透镜和负折射率等光学器件的基础，也因其可行性受到隐身、通信等领域专家的广泛关注。然而完美吸波器又是超材料一个重要分支。自Landy等人在2008年首次提出薄而近乎完美的吸波超材料后，超材料吸收体(MAs)开始了蓬勃的发展。由于很难找到强频率选择性太赫兹吸收器,以至于MAs在太赫兹波段受到重点关注。

太赫兹是指0.1GHz-10THz，太赫兹的频率高、脉冲短，具有很高的时域频谱信噪比，且光子能量低、穿透性强对物质与人体的破坏较小，所以与X射线相比，太赫兹成像技术更具优势，独特的性质在医学成像、安全检查、宽带通信等方面具有广阔的前景。因此，发展研究工作于太赫兹波段相关的功能器件具有重要意义。在太赫兹波段，石墨烯电磁波支持表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)，因此基于石墨烯的超材料有望成为完美吸收太赫兹波的候选材料。更重要的是，与传统的金属超材料结构相比，石墨烯的表面电导率随费米能级变化，可以通过施加偏置电压、化学掺杂或外加电场、磁场来实现动态调节，从而达到可调谐吸收的目的。然而，石墨烯的费米能级越高，所需的外加偏置电压也越高，仅利用石墨烯本身的性质无法获得高吸收、高调制深度的效果，且基于石墨烯超材料的吸波器大多都存在带宽较窄的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有吸波器无法获得高吸收、高调制深度的效果，且存在带宽较窄的问题，为了解决该问题，本发明提供基于金属与石墨烯的可调控超宽带太赫兹吸收器，其可以实现宽带可调性，从而达到可调谐吸收的目的，还具有宽带高吸收的特性。

本发明的内容为基于金属与石墨烯的可调控超宽带太赫兹吸收器，包括由下至上依次设置的理想电导体层、介质层和双金属圆环，介质层内设置石墨烯层，双金属圆环由同心的第一金属圆环和第二金属圆环构成。

进一步地，所述的介质层有第一介质层和第二介质层，第一介质层与理想电导体层相触，第二介质层与双金属圆环相触，石墨烯层位于第一介质层和第二介质层之间。

进一步地，所述的石墨烯层有正方形的第一石墨烯层和四个长条形的第二石墨烯层。

进一步地，所述的四个长条形的第二石墨烯层的一端均与第一石墨烯层连接，四个长条形的第二石墨烯层的另一端端面均与介质层的外边缘平齐。

进一步地，所述的理想电导体层的中心、介质层的中心、石墨烯层的中心和双金属圆环的中心位于同一条竖直的直线上。

进一步地，所述的介质层为二氧化硅或其它在太赫兹波段损耗角正切小于0.01的介质材料。

进一步地，所述的理想电导体层和介质层均为边长L₅＝18～22μm的正方形，介质层的厚度H₁＝8～12μm，石墨烯层的厚度H₃＝0.34～0.5nm。

进一步地，所述的第二介质层的厚度H₂＝2～4μm。