CN110380227A - 一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器。该吸收器由多个吸收器单元构成，吸收器单元由自下而上依次设置的金属反射层(1)，介质层(2)和石墨烯层(3)，金属反射层(1)、介质层(2)和石墨烯层(3)之间相互贴合；所述金属反射层(1)是全金属薄膜，石墨烯层(3)是渔网形的单层石墨烯，渔网形的单层石墨烯的几何中心、介质层(2)的几何中心以及金属反射层(1)的几何中心在一条直线上。本发明的吸收器图形结构简单，不需要多层材料堆叠以及多个谐振器，易于集成、稳定性好，且具有高吸收率、宽入射角度、极化不敏感的特点。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器。
背景技术
太赫兹是频率为0.1THz到10THz的电磁波，位于毫米波与红外之间。二十世纪80年代之前，太赫兹技术的研究受限于有效太赫兹产生源和检测手段，相对于毫米波和红外线的研究进展缓慢，被称为“太赫兹空隙”。随后，飞秒激光器的出现提供了突破口，太赫兹技术才得以迅速发展起来。由于太赫兹波具有穿透性强、安全性高、定向性好、频带宽、时间与空间分辨率高等技术优势，使得它基础研究、天体物理、材料科学与工程、生物医学、光谱与成像技术，乃至现代通信技术等领域都具有重要的应用前景。目前，国内外众多高校和研究机构已相继开展了太赫兹技术的研究。
吸收器作为太赫兹技术应用中不可缺少的关键性器件，加大力度研发吸收器将有利于太赫兹技术的发展。而现存吸收器中普遍存在吸收率低、结构复杂以及尺寸较大等缺点。针对以上缺点，本发明设计了一种具有双频吸收、结构简单，尺寸较小易于集成等优点的双频带太赫兹吸收器。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器。
本发明的目的是这样实现的：该吸收器由多个吸收器单元构成，吸收器单元由自下而上依次设置的金属反射层(1)，介质层(2)和石墨烯层(3)，金属反射层(1)、介质层(2)和石墨烯层(3)之间相互贴合；所述金属反射层(1)是全金属薄膜，石墨烯层(3)是渔网形的单层石墨烯，渔网形的单层石墨烯的几何中心、介质层(2)的几何中心以及金属反射层(1)的几何中心在一条直线上。
所述每个吸波器单元的横剖面都为正方形，其边长为68～72微米。
所述金属反射层(1)由银、铜、金或铝中的一种制成。
所述金属反射层(1)的厚度为0.2微米～500微米。
所述介质层(2)为砷化镓薄膜。
所述介质层(2)的复介电常数为12.9+0.077i，介质层的厚度为19～22微米。
所述石墨烯层(3)为渔网形结构，渔网形结构的宽度为38～42微米。
所述石墨烯层(3)的费米能级为0.6～1.0电子伏特，弛豫时间为0.3～0.4皮秒。
所述吸波单元的阵列个数不少于10×10个。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1.本发明具有结构简单、紧凑、新颖、完美对称、易于实现；
2.本发明可以在0.5～4THz的波长范围内实现两个吸收峰，且都具有近乎完美的吸收。
附图说明
图1：该吸收器的单元结构示意图。
图2：顶层石墨烯层俯视图。
图3：电磁波垂直入射下该吸收器的吸收效果图。
图4：改变石墨烯费米能级0.7电子伏特到0.9电子伏特时的吸收曲线图。
图中：1：金属反射层；2：介质层；3：石墨烯层。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明双频带太赫兹吸收器为无限周期结构，包括连续设置的多个吸收单元。
如图1和2所示，该吸收器由多个吸收器单元构成，吸收器单元由自下而上依次设置的金属反射层(1)，介质层(2)和石墨烯层(3)，金属反射层(1)、介质层(2)和石墨烯层(3)之间相互贴合；所述金属反射层(1)是全金属薄膜，石墨烯层(3)是渔网形的单层石墨烯，渔网形的单层石墨烯的几何中心、介质层(2)的几何中心以及金属反射层(1)的几何中心在一条直线上。
所示的金属反射层(1)由金制成，其电导率为：σ金＝4.56×107S/m。
所示的介质层(2)为砷化镓材料，其复介电常数为12.9+0.077i。
作为实施例，每个吸收单元的结构尺寸参数如下：晶格周期P为70微米；介质层(2)的厚度为20微米；渔网形结构的宽度(W)和长度(L)分别为40微米和70微米；石墨烯层(3)的费米能级为0.8电子伏特，弛豫时间为0.4皮秒。
本实施例所述的多频带超材料吸收器的吸收率定义为A＝1-R-T，式中R为反射率，T为透射率。为了使吸收率最大化，要求在整个频率范围内反射率和透射率尽可能的小。本发明设计的吸收单元中的金属反射层(1)为全金膜，电磁波不能透射，透射率趋近于零，因此吸收率计算公式可简化为A＝1-R。
本实施例在电磁波正入射下的仿真结果如图3所示，该仿真结果由CST MicrowaveStudio计算得到。从图中可以看到，在0.5～4THz内有两个明显的吸收峰。这六个吸收峰在：1.446THz和3.345THz处的吸收率分别为99.78％和99.91％。这说明本发明提出的吸收器在两个频率点上达到了近乎完美的吸收。图4表示了保持本实施结构几何参数及其它条件固定不变时，仅通过外加偏压变化改变石墨烯的费米能级从0.7电子伏特到0.9电子伏特，所述的双频带吸收器依然可以保持高吸收率。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例仅是用于举例和说明，而非意在将本发明局限于所描述的实施例范围内。此外本领域的技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (9)
1.一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，该吸收器由多个吸收器单元构成，吸收器单元由自下而上依次设置的金属反射层(1)，介质层(2)和石墨烯层(3)，金属反射层(1)、介质层(2)和石墨烯层(3)之间相互贴合；所述金属反射层(1)是全金属薄膜，石墨烯层(3)是渔网形的单层石墨烯，渔网形的单层石墨烯的几何中心、介质层(2)的几何中心以及金属反射层(1)的几何中心在一条直线上。
2.根据权利要求1所述的一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，其特征在于：所述每个吸波器单元的横剖面都为正方形，其边长为68～72微米。
3.根据权利要求1所述的一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，其特征在于：所述金属反射层(1)由银、铜、金或铝中的一种制成。
4.根据权利要求1所述的一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，其特征在于：所述金属反射层(1)的厚度为0.2微米～500微米。
5.根据权利要求1所述的一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，其特征在于：所述介质层(2)为砷化镓薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，其特征在于：所述介质层(2)的复介电常数为12.9+0.077i，介质层的厚度为19～22微米。
7.根据权利要求1所述的一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，其特征在于：所述石墨烯层(3)为渔网形结构，渔网形结构的宽度为38～42微米。
8.根据权利要求1所述的一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，其特征在于：所述石墨烯层(3)的费米能级为0.6～1.0电子伏特，弛豫时间为0.3～0.4皮秒。
9.根据权利要求1所述的一种基于渔网形石墨烯材料的双频带太赫兹吸收器，其特征在于：所述吸波单元的阵列个数不少于10×10个。
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|---|---|---|---|---|
| CN115032729A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-09 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于微纳结构的双波段制导激光吸收器件及其制备方法 |
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2019
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| CN115032729A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-09 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于微纳结构的双波段制导激光吸收器件及其制备方法 |
| CN115032729B (zh) * | 2022-06-28 | 2024-02-13 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于微纳结构的双波段制导激光吸收器件及其制备方法 |
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