CN108963468A - 双开口环太赫兹可调吸收器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了双开口环太赫兹可调吸收器。它包括信号输入端、石墨烯层、周期开口环结构金属层、二氧化硅层、高阻硅层、金属反射层；周期开口环结构金属层由4×4个结构单元组成，结构单元包括左金属开口环、右金属开口环、左金属条、右金属条、上金属条；左金属开口环通过左金属条与上金属条相连，右金属开口环通过右金属条与上金属条相连；太赫兹波从信号输入端输入，通过调节在石墨烯层和金属反射层之间的外加偏置电压，改变石墨烯的介电常数，实现不同外加电压下太赫兹波吸收峰的偏移，进而实现吸收可调功能。本发明具有结构简单紧凑、吸收性能高、调节方便等优点。

Description

双开口环太赫兹可调吸收器
技术领域
本发明涉及太赫兹波应用技术领域，具体涉及双开口环太赫兹可调吸收器。
背景技术
太赫兹波是在电磁波谱上处于毫米波和红外光波之间，相比于其它波段，人们对太赫兹波的认识远远不及其它波段，因此被称为“太赫兹空隙”，太赫兹波是一个崭新的领域，在各方面都有着巨大的价值。太赫兹波频率0.1~10THz（波长为0.03mm~3mm），随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹波的独特性质被发现并在材料科学、气体探测、生物和医学检测、通信等方面展示出巨大的应用前景。太赫兹系统主要由辐射源、探测器件和各种功能器件组成。其中，吸收器就扮演着重要角色。
随着太赫兹技术的发展，可以吸收太赫兹波的器件开始不断地涌现。但现有的太赫兹吸收器由于尺寸过大和电磁性质有所局限，导致其出现吸收频率单一、调谐深度比较小的问题，所以我们需要寻找具有较小尺寸的可调吸波器件以提高吸波器件的可集成性。基于石墨烯的吸波器件能够对太赫兹波进行可调吸收，可以很好地弥补早期吸波器的不足，因此被广泛的应用于电磁波吸收器件中。
本发明具有结构简单紧凑、吸收性能高、调节方便等优点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种双开口环太赫兹可调吸收器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
双开口环太赫兹可调吸收器，包括信号输入端、石墨烯层、周期开口环结构金属层、二氧化硅层、高阻硅层、金属反射层；周期开口环结构金属层由4×4个结构单元组成，结构单元包括左金属开口环、右金属开口环、左金属条、右金属条、上金属条；左金属开口环通过左金属条与上金属条相连，右金属开口环通过右金属条与上金属条相连。
所述的石墨烯层长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.34nm。所述的周期开口环结构金属层由4×4个结构单元组成，材料为铜，长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.2µm。所述的二氧化硅层长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.3µm。所述的高阻硅层长度为400µm，宽度为400µm，厚度为50µm。所述的金属反射层材料为铜，长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.2µm。所述的结构单元材料为铜，长度为100µm，宽度为100µm，厚度为0.2µm。所述的左金属开口环和右金属开口环的材料均为铜，尺寸相同，外正方形的边长均为31µm，内正方形的边长均为17µm，开口的宽度均为2µm，厚度为0.2µm；左金属条和右金属条的材料均为铜，尺寸相同，长度均为10.5µm，宽度均为4µm，厚度均为0.2µm；上金属条的材料为铜，长度为100µm，宽度为4µm，厚度为0.2µm。太赫兹波从信号输入端输入，通过调节在石墨烯层和金属反射层之间的外加偏置电压，改变石墨烯的介电常数，实现不同外加电压下太赫兹波吸收峰的偏移，进而 实现吸收可调功能。
本发明具有结构简单紧凑、吸收性能高、调节方便等优点。
附图说明
图1是双开口环太赫兹可调吸收器的三维结构示意图；
图2是双开口环太赫兹可调吸收器的结构单元；
图3是双开口环太赫兹可调吸收器的外加电压示意图；
图4是双开口环太赫兹可调吸收器的性能曲线。
具体实施方式
如图1~3所示，双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于包括信号输入端1、石墨烯层2、周期开口环结构金属层3、二氧化硅层4、高阻硅层5、金属反射层6；周期开口环结构金属层3由4×4个结构单元7组成，结构单元7包括左金属开口环8、右金属开口环9、左金属条10、右金属条11、上金属条12；左金属开口环8通过左金属条10与上金属条12相连，右金属开口环9通过右金属条11与上金属条12相连。
所述的石墨烯层2长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.34nm。所述的周期开口环结构金属层3由4×4个结构单元7组成，材料为铜，长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.2µm。所述的二氧化硅层4长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.3µm。所述的高阻硅层5长度为400µm，宽度为400µm，厚度为50µm。所述的金属反射层6材料为铜，长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.2µm。所述的结构单元7材料为铜，长度为100µm，宽度为100µm，厚度为0.2µm。所述的左金属开口环8和右金属开口环9的材料均为铜，尺寸相同，外正方形的边长均为31µm，内正方形的边长均为17µm，开口的宽度均为2µm，厚度为0.2µm；左金属条10和右金属条11的材料均为铜，尺寸相同，长度均为10.5µm，宽度均为4µm，厚度均为0.2µm；上金属条12的材料为铜，长度为100µm，宽度为4µm，厚度为0.2µm。太赫兹波从信号输入端1输入，通过调节在石墨烯层2和金属反射层6之间的外加偏置电压，改变石墨烯的介电常数，实现不同外加电压下太赫兹波吸收峰的偏移，进而 实现吸收可调功能。
实施例1
双开口环太赫兹可调吸收器：
本实施例中，双开口环太赫兹可调吸收器的结构和各部件形状如上所述，因此不再赘述。但各部件的具体参数如下：石墨烯层长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.34nm。周期开口环结构金属层由4×4个结构单元组成，材料为铜，长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.2µm。二氧化硅层长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.3µm。高阻硅层长度为400µm，宽度为400µm，厚度为50µm。金属反射层材料为铜，长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.2µm。结构单元材料为铜，长度为100µm，宽度为100µm，厚度为0.2µm。左金属开口环和右金属开口环的材料均为铜，尺寸相同，外正方形的边长均为31µm，内正方形的边长均为17µm，开口的宽度均为2µm，厚度为0.2µm；左金属条和右金属条的材料均为铜，尺寸相同，长度均为10.5µm，宽度均为4µm，厚度均为0.2µm；上金属条的材料为铜，长度为100µm，宽度为4µm，厚度为0.2µm。太赫兹波从信号输入端输入，通过调节在石墨烯层和金属反射层之间的外加偏置电压，改变石墨烯的介电常数，实现不同外加电压下太赫兹波吸收峰的偏移，进而 实现吸收可调功能。由图4可得，石墨烯化学势μ c =0.1eV时，0.4THz波的吸收率为94.8%；石墨烯化学势μ c =0.3eV时，0.5THz波的吸收率为95.2%；石墨烯化学势μ c =0.5eV时，0.6THz波的吸收率为96.4%；石墨烯化学势μ c =0.7eV时，0.7THz波的吸收率为97.6%。

Claims (8)

1.双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于包括信号输入端（1）、石墨烯层（2）、周期开口环结构金属层（3）、二氧化硅层（4）、高阻硅层（5）、金属反射层（6）；周期开口环结构金属层（3）由4×4个结构单元（7）组成，结构单元（7）包括左金属开口环（8）、右金属开口环（9）、左金属条（10）、右金属条（11）、上金属条（12）；左金属开口环（8）通过左金属条（10）与上金属条（12）相连，右金属开口环（9）通过右金属条（11）与上金属条（12）相连；太赫兹波从信号输入端（1）输入，通过调节在石墨烯层（2）和金属反射层（6）之间的外加偏置电压，改变石墨烯的介电常数，实现不同外加电压下太赫兹波吸收峰的偏移，进而实现吸收可调功能。
2.如权利要求1所述的双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的石墨烯层（2）长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.34nm。
3.如权利要求1所述的双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的周期开口环结构金属层（3）由4×4个结构单元（7）组成，材料为铜，长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.2µm。
4.如权利要求1所述的双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的二氧化硅层（4）长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.3µm。
5.如权利要求1所述的双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的高阻硅层（5）长度为400µm，宽度为400µm，厚度为50µm。
6.如权利要求1所述的双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的金属反射层（6）材料为铜，长度为400µm，宽度为400µm，厚度为0.2µm。
7.如权利要求1所述的双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的结构单元（7）材料为铜，长度为100µm，宽度为100µm，厚度为0.2µm。
8.如权利要求1所述的双开口环太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的左金属开口环（8）和右金属开口环（9）的材料均为铜，尺寸相同，外正方形的边长均为31µm，内正方形的边长均为17µm，开口的宽度均为2µm，厚度为0.2µm；左金属条（10）和右金属条（11）的材料均为铜，尺寸相同，长度均为10.5µm，宽度均为4µm，厚度均为0.2µm；上金属条（12）的材料为铜，长度为100µm，宽度为4µm，厚度为0.2µm。
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