CN113422211B - 一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器 - Google Patents

一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，包括石墨烯层、第一介质层和第二介质层，所述第一介质层设于所述石墨烯层的一侧；所述第二介质层设于所述石墨烯层的另一侧，且所述第二介质层与所述第一介质层之间形成共振腔。本申请的太赫兹石墨烯吸收器通过在石墨烯层两侧分别设置第一介质层和第二介质层形成共振腔，以提高石墨烯层表面对电磁波的吸收率，从而提高太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率。

Description

一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器
技术领域
本发明涉及微型吸收器技术领域，特别是涉及一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器。
背景技术
光吸收技术在光电探测、可饱和吸收器、光伏技术等领域扮演着重要角色。近些年随着太赫兹技术的日益发展，有关太赫兹吸收器件的研究也取得了许多成果。石墨烯作为新型的半导体材料，因其具有类似金属的电导率，在受激条件下能产生太赫兹频段的表面等离子体，这为研制高效、微型的太赫兹吸收器件提供了新的方法。
但是，由于受到石墨烯材料本身的特性限制，实际应用中的太赫兹石墨烯吸收器的吸收率很低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，旨在解决太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，包括石墨烯层、第一介质层和第二介质层，所述第一介质层设于所述石墨烯层的一侧；所述第二介质层设于所述石墨烯层的另一侧，且所述第二介质层与所述第一介质层之间形成共振腔。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述第一介质层包括多个第一介质环，多个所述第一介质环阵列排布在所述石墨烯层的表面上；所述第二介质层包括多个第二介质环，多个所述第二介质环阵列排布在所述石墨烯层的表面上；所述第一介质环在所述石墨烯层上的投影与所述第二介质环在所述石墨烯层上的投影至少部分重叠。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述第一介质环包括单层介质环、双层同心介质环、多层同心介质环中的一种或多种；和/或所述第二介质环包括单层介质环、双层同心介质环、多层同心介质环中的一种或多种。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述第一介质环的形状为圆环、椭圆环、正方形环、长方形环、多边形环中的至少一种；和/或所述第二介质环的形状为圆环、椭圆环、正方形环、长方形环、多边形环中的至少一种。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述第一介质环垂直投影到所述石墨烯层上的高度值为入射电磁波的波长值的1/40至1/10；和/或所述第二介质环垂直投影到所述石墨烯层上的高度值为入射电磁波的波长值的1/40至1/10。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，相邻所述第一介质环之间的阵列间距值为入射电磁波的波长值的1/15至1/5；和/或相邻所述第二介质环之间的阵列间距值为入射电磁波的波长值的1/15至1/5。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述第一介质环为硅介质环；和/或所述第二介质环为硅介质环。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述石墨烯层上还设有相互背离的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极用于控制所述石墨烯层的化学势参数。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述第一电极包括金电极、合金电极中的至少一种；和/或所述第二电极包括金电极、合金电极中的至少一种。
所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器还包括基底，所述基底上依次堆叠设置所述第二介质层、所述石墨烯层和所述第一介质层；所述基底包括介质平面层和金属平面层，所述第二介质层设于所述介质平面层的一侧，所述金属平面层设于所述介质平面层的另一侧。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
本申请公开的太赫兹石墨烯吸收器制造时在石墨烯层两侧分别设置第一介质层和第二介质层，电磁波射入时，石墨烯受激产生表面等离子体，并且在光子局域效应的作用下，电磁波的能量耦合到表面等离子体中，第一介质层和第二介质层设置在石墨烯层两侧形成共振腔，产生的共振腔效应可以增加耦合效果，从而增加对射入的电磁波的吸收，提高太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中太赫兹石墨烯吸收器的结构示意图；
图2为石墨烯的化学势为0.8eV、1.0eV、1.2eV、1.4eV、1.5eV时，计算得到本发明中太赫兹石墨烯吸收器的吸收曲线图；
图3为本发明中计算得到的太赫兹石墨烯吸收器的吸收曲线图；
图4为本发明的一实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为2.81THz处的电场幅度分布图；
图5为本发明的一实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为4.19THz处的电场幅度分布图；
图6为本发明的一实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为6.14THz处的电场幅度分布图；
图7为本发明的一实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为7.33THz处的电场幅度分布图；
图8为本发明的一实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为8.26THz处的电场幅度分布图。
其中，10、石墨烯层；20、第一介质层；30、第二介质层；40、第一电极；50、第二电极；60、基底；61、介质平面层；62、金属平面层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
太赫兹波是指频率在0.1-10THz范围内的电磁波，处于微波波段和红外波段之间，兼有微波和光通信的优点，不仅带宽较宽，且信噪比、分辨率较高，非常适用于通信领域。由于太赫兹波波长较长，因此具有良好的穿透性，在传输过程中衰减较小。这些特性使得太赫兹技术在通信、医学、天文等领域均有广阔的应用前景。
光吸收技术在光电探测、可饱和吸收器、光伏技术等领域扮演着重要角色。近些年随着太赫兹技术的日益发展，有关太赫兹吸收器件的研究也取得了许多成果。
目前，人们利用石墨烯材料正在开展各种器件研发，例如电磁波吸波器、光调制器和材料传感器等。石墨烯是一种蜂窝形的二维六方碳结构材料，是一种新型的材料，有着独特、优异的光电子学特性，在受激条件下能产生太赫兹频段的表面等离子体，所以被认为在未来是传统的半导体材料的理想代替者。石墨烯吸收器具有重要应用前景，但是石墨烯本身对电磁波的吸收率较低，目前已经研究几种策略来提高其吸收效率，比如利用贵金属单元激发表面等离激元来增强石墨烯的吸收；又如在单层石墨烯平面上添加多层结构，利用多层共振效应有利于增强石墨烯的吸收，这些成果为研究石墨烯吸收器开辟了一条新途径。然而，无论是在石墨烯吸收器中引入贵金属单元或者引入多层结构，则会增繁制作工艺或者增加器件尺寸，它们在实际应用存在一定局限性。因此，石墨烯吸收器研究需要在结构类型、功能应用等方面做进一步改进与拓展，特别是研发高质量、紧凑型的石墨烯吸收器。
需要说明的是本申请的实施例中涉及的电磁波包括但不限于波长在2-8THz范围内的光波。
参阅图1，本发明申请的一实施例中，公开了一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，包括石墨烯层10、第一介质层20和第二介质层30，所述第一介质层20设于所述石墨烯层10的一侧；所述第二介质层30设于所述石墨烯层10的另一侧，且所述第二介质层30与所述第一介质层20之间形成共振腔。
本申请公开的太赫兹石墨烯吸收器制造时在石墨烯层10两侧分别设置第一介质层20和第二介质层30，是为了形成结构紧凑的具有共振腔效应的结构，电磁波射入时，石墨烯受激产生表面等离子体，并且在光子局域效应的作用下，电磁波的能量耦合到表面等离子体中，第一介质层20和第二介质层30设置在石墨烯层10两侧形成共振腔，产生的共振腔效应可以增加耦合效果，从而增加对射入的电磁波的吸收，提高太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率，从而获得高吸收、紧凑型的太赫兹石墨烯吸收器，适用于化学、医疗、环境等多个领域的检测和监控工作。
如图1所示，作为本实施例的一种实现方式，公开了所述带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器还包括基底60，所述基底60上依次堆叠设置所述第二介质层30、所述石墨烯层10和所述第一介质层20；所述基底60包括介质平面层61和金属平面层62，所述第二介质层30设于所述介质平面层61的一侧，所述金属平面层62设于所述介质平面层61的另一侧。设置基底60承载第二介质层30、石墨烯层10和第一介质层20，并且基底60上设置介质平面层61还可以在石墨烯层10通电时调控石墨烯的化学势，对应不同的波长的入射电磁波，制备吸收效率不同的太赫兹石墨烯吸收器，从而更加灵活地控制石墨烯层10的吸收率。具体的，在本实施例的另一种实现方式中介质平面层61为二氧化硅层，金属平面层62为金金属层。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一介质层20包括多个第一介质环，多个所述第一介质环阵列排布在所述石墨烯层10的表面上；所述第二介质层30包括多个第二介质环，多个所述第二介质环阵列排布在所述石墨烯层10的表面上；所述第一介质环在所述石墨烯层10上的投影与所述第二介质环在所述石墨烯层10上的投影至少部分重叠。第一介质环和第二介质环的半径有限，所以阵列排布多个第一介质环和多个第二介质环，每组对称设置在石墨烯层10的两侧的第一介质环与第二介质环都会形成共振腔效应，遍布整个石墨烯层10的表面，从而可以使整个石墨烯层10上都具备较高的吸收率，不论电磁波从何处射到石墨烯层10上都会被大幅吸收。另外，在相邻的两个第一介质环之间和相邻的两个第二介质环之间同样会形成共振腔，并产生共振腔效应，进一步增加石墨烯层10表面的耦合效果，提高石墨烯层10表面对光束的吸收能力，增加太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一介质环设有至少四个，所述第二介质环设有至少四个，且所述第一介质环与所述第二介质环结构相同。因为常规的石墨烯层10为四边形，设置至少四个第一介质环和至少四个第二介质环对称地位于石墨烯层10的两侧，每组对称设置的第一介质环和第二介质环都靠近石墨烯层10的一个角，则可以均匀分散第一介质环和第二介质环，使石墨烯层10上各个位置产生的共振腔效应的效果接近，整体来说，使太赫兹石墨烯吸收器上各处的吸收效率趋于稳定统一。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一介质环包括单层介质环、双层同心介质环、多层同心介质环中的一种或多种；和/或所述第二介质环包括单层介质环、双层同心介质环、多层同心介质环中的一种或多种。一组设置在石墨烯层10两侧的两个单层介质环可以形成共振腔效应，节省材料，同时占用空间小；而设置双层同心介质环和多层同心介质环则可以增加共振腔效应，获得更好的吸收效果，使石墨烯层10的吸收率提高。在实际制造过程中，往往设置结构相同的第一介质环和第二介质环，比如同时选用单层介质环或同时选用多层同心介质环，当第一介质环和第二介质环的结构相同时，石墨烯层10的两侧产生的共振腔效应与石墨烯单侧产生的共振腔效应保持相同或相近，整体来说，太赫兹石墨烯吸收器上各处的吸收率趋于相同，不论电磁波照射到何处，石墨烯层10对电磁波的吸收能力都是相同的，从而实现对太赫兹电磁波的准确调制。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一介质环的形状为圆环、椭圆环、正方形环、长方形环、多边形环中的至少一种；和/或所述第二介质环的形状为圆环、椭圆环、正方形环、长方形环、多边形环中的至少一种。本申请中的第一介质环和第二介质环都是沿垂直于石墨烯层10表面的方向延伸的，第一介质环的形状指第一介质环的径向方向的横截面的形状，同理，第二介质环的形状指第二介质环的径向方向的横截面的形状，不论是圆环、椭圆环、正方形环、长方形环还是多边形环，只要是环状的介质层即可产生共振腔效应，第一介质环和第二介质环共同使用就可以提高石墨烯层10的吸收率；当然了，选择圆形的第一介质环和第二介质环是最好的，圆环的侧壁上各个位置弧度相同，所以第一介质环与第二介质环形成的共振腔各处强度一致，相邻的第一介质环之间产生的共振腔也是一样各处强度一致，有利于使太赫兹石墨烯吸收器上的吸收效率趋于平均化；具体的，优先选择第一介质环和第二介质环的形状相同，则石墨烯层10两侧产生的等离子体与电磁波的耦合效果相同，从而可以更加均衡地吸收电磁波。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一介质环和所述第二介质环均为双层圆形介质环，其中，所述第一介质环或第二介质环的内环的内径为0.1μm，外径为1.1μm，高度为3μm；外环的内径为2.5μm，外径为3.5μm，高度为3μm。需要说明的是，此处只是示例性举例，第一介质层20和第二介质层30的形状和尺寸并不限于上述给出的尺寸，可以根据具体的应用场合而定，此处不做限制。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一介质环垂直投影到所述石墨烯层10上的高度值为入射电磁波的波长值的1/40至1/10；和/或所述第二介质环垂直投影到所述石墨烯层10上的高度值为入射电磁波的波长值的1/40至1/10。如果第一介质层20和第二介质层30的高度值太大，会增加电磁波照射到石墨烯表面的难度，从而石墨烯层10表面产生的等离子体减少，会降低吸收率，最终影响到太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率；如果石墨烯层10表面的第一介质层20和第二介质层30的高度值太小，则产生的共振腔效应变弱，对石墨烯层10表面的吸收率的提升不明显，最终的结果也是太赫兹石墨烯吸收器无法达到良好的吸收效率，经过试验和测算选择第一介质环和第二介质环的高度值为入射电磁波的波长值的1/40至1/10时，可以对石墨烯层10的吸收率起到良好的提升效果。当然了，可以设置第一介质层20和第二介质层30的高度值相等，这样形成的共振腔效应在石墨烯层10的两侧效果相同。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了相邻所述第一介质环之间的阵列间距值为入射电磁波的波长值的1/15至1/5；和/或相邻所述第二介质环之间的阵列间距值为入射电磁波的波长值的1/15至1/5。如果相邻所述第一介质环(或第二介质环)之间的阵列间距值太大，则石墨烯层10单侧形成的共振腔效应不强，对石墨烯层10的吸收率的影响减小，最终影响太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率；如果相邻所述第一介质环(或第二介质环)之间的阵列间距值太小，相邻的第一介质环(或第二介质环)之间靠的太近，也无法形成良好的共振腔效应，同样不能很好地提升石墨烯层10的吸收率，所以，经过试验和测算选择相邻第一介质环或相邻第二介质环的阵列间距值为入射电磁波的波长值的1/15至1/5时，可以在石墨烯层10单侧形成效果较强的共振腔效应，从而对石墨烯层10的吸收率起到良好的提升效果。当然了，可以设置相邻的第一介质层20之间的阵列间距值与相邻的第二介质层30之间的阵列间距值相等，这样在石墨烯层10的两侧形成的共振腔效应的效果相同。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一介质环为硅介质环；和/或所述第二介质环为硅介质环。硅的化学性质和物理性质都很稳定，有利于长久使用，用硅介质环作为第一介质环或第二介质环，形成的共振腔效应强烈，对石墨烯层10的吸收率提升效果好。
如图1所示，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述石墨烯层10上还设有相互背离的第一电极40和第二电极50，所述第一电极40和所述第二电极50用于控制所述石墨烯层10的化学势参数。因为石墨烯材料的特殊性，在外加电压下，石墨烯材料本身的费米能级会改变，从而改变石墨烯对入射光的吸收率，所以本实施例中可以通过控制第一电极40和第二电极50给石墨烯层10导电，从而改变石墨烯表面的化学势参数，达到灵活控制太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率和范围的目的，避免因调整器件参数而需要重新加工制作的成本浪费，增强太赫兹石墨烯吸收器在化学、医疗、环境等方面的应用。具体的，可以将第一电极40和第二电极50设置于石墨烯层10上设有第一介质环的一侧，第一介质环处于石墨烯层10的入光侧，所以在该侧安装电极操作更加方便。
如图2所示，将石墨烯材料的化学势从0.8eV增加至1.5eV，所述传感器的吸收率会随着的化学势增大出现频率增加的现象，且对应吸收峰的吸收率得到提高：吸收峰1在化学势为0.8eV时，频率为2.79THz，吸收率为63.9％，当化学势增加为1.5eV时，频率为2.81THz，吸收率为93.3％；吸收峰2在化学势为0.8eV时，频率为3.76THz，吸收率为80.5％，当化学势增加为1.5eV时，频率为4.19THz，吸收率为99.9％；吸收峰3在化学势为0.8eV时，频率为4.91THz，吸收率为88.5％，当化学势增加为1.5eV时，频率为6.14THz，吸收率为99.4％；吸收峰4在化学势为0.8eV时，频率为5.69THz，吸收率为99.0％，当化学势增加为1.5eV时，频率为7.33THz，吸收率为99.4％；吸收峰5在化学势为0.8eV时，频率为6.40THz，吸收率为99.0％，当化学势增加为1.5eV时，频率为8.26THz，吸收率为99.1％；在因此，本发明能够通过控制外加电压调节石墨烯平面的化学势参数，达到灵活控制吸收器效率和范围的目的。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一电极40包括金电极、合金电极中的至少一种；和/或所述第二电极50包括金电极、合金电极中的至少一种。金电极和合金电极都是电的良导体，还具有抗氧化、抗腐蚀、超电压低、不钝化等一个或若干个特性，用作电极可以长期使用，稳定性好。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述石墨烯层10为石墨烯单平面层。
具体的，作为本申请的一实施例，公开了所述石墨烯单平面层在太赫兹范围内的表面电导率σ(ω，μc，Γ，T)可由Drude公式表示为：
Figure BDA0003110566040000111
式中ω为角频率，μc为化学势，Γ＝(2τ)-1为散射率，τ为弛豫时间，T为温度，ξ为电子能量，
Figure BDA0003110566040000112
为约化普朗克常数，κB为玻耳兹曼常数，e为电子电荷。石墨烯材料的显著优点之一就是，它的化学势μc可以在很宽频率范围内通过调节直流偏压Vg(Vg为施加于石墨烯单平面层上侧设置的第一电极40和第二电极50之间的电压)进行调控，这是因为Vg改变时，它的电场E0发生改变，引起石墨烯载流子密度ns变化，μc也会发生相应变化，其中μc、E0和Vg之间关系为：
Figure BDA0003110566040000113
式中νf是费米速度(典型值为106m/s)，εr是背景介质的相对介电常数，ε0是自由空间的介电常数，ts是基底60中介质平面层61的厚度。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述石墨烯层10的厚度为0.35nm；所述第一介质环的阵列间距值和所述第二介质环的阵列间距值均为8μm，所述第一电极40和所述第二电极50的形状相同，均为长方体电极，所述第一电极40和所述第二电极50的长度为30μm，高度为1μm，且宽度为1μm；所述介质平面层61的厚度为12μm，所述金属平面层62的厚度为2μm。需要说明的是，此处只是示例性举例，石墨烯层10、第一介质层20、第二介质层30、第一电极40、第二电极50、介质平面层61和金属平面层62的尺寸并不限于上述给出的尺寸，可以根据具体的应用场合而定，此处不做限制。
具体的，在本申请的另一实施例中公开了以第一电极40的长轴所在方向为y轴，垂直于所述第一电极40长轴的方向为x轴，垂直于石墨烯层10向上的方向为z轴，如图1所示。电磁波从石墨烯层10的上方垂直入射石墨烯层10，通过基底60的金属平面层62反射回石墨烯层10，最后电磁波从石墨烯层10上方反射出来，通过计算吸收率P吸收＝1-P反射得到太赫兹石墨烯吸收器的吸收率，其中P吸收和P反射代表吸收率和反射率。
如图3所示，带三角形标记的曲线代表本发明太赫兹石墨烯吸收器的吸收率(简称带三角形标记曲线)，作为对比，图中带圆圈标记的曲线代表仅包含石墨烯层10和基底60的吸收器的吸收率(简称带圆圈标记曲线)。由图可见，带圆圈标记曲线在频率1.5THz至10THz的范围内吸收率较低，在此范围内最高吸收率不高于20％。对比而言，带三角形标记曲线在频率1.5THz至10THz的范围出现5个高吸收的吸收峰频率为2.76THz处对应的吸收率为93.3％、频率为4.19THz处对应的吸收率为99.9％、频率为6.14THz处对应的吸收率为99.4％、频率为7.33THz处对应的吸收率为99.4％、频率为8.26THz处对应的吸收率为99.1％。以上结果说明，本发明通过在石墨烯层10上、下侧设置双层耦合的第一介质环和第二介质环周期阵列，它相当于在石墨烯单平面层上加了共振腔，能够提高介质-石墨烯接触面的电场幅度，达到有效提高石墨烯层10的吸收效率，形成多重高吸收效率的吸收峰。
下面通过电场图来对上述实施例的太赫兹石墨烯吸收器的吸收效果进行检验。本实施例选用双层同心介质环作为第一介质层20和第二介质层30。
如图4所示，对应本实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为2.81THz处的电场幅度分布图。由图可见，双层同心介质环的内环和外环之间与石墨烯层10接触的位置存在较强电场，上述位置对应石墨烯的强吸收。
如图5所示，对应本实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为4.19THz处的电场幅度分布图。由图可见，双层同心介质环的内环与石墨烯层10接触位置存在较强电场，上述位置对应石墨烯的强吸收。
如图6所示，对应本实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为6.14THz处的电场幅度分布图。由图可见，双层同心介质环的内环和外环之间与石墨烯层10接触的位置、双层同心介质环的内环与石墨烯层10接触的位置都存在较强电场，上述位置对应石墨烯的强吸收。
如图7所示，对应本实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为7.33THz处的电场幅度分布图。由图可见，双层同心介质环的内环与石墨烯层10接触的位置、双层同心介质环的外环与石墨烯层10接触的位置都存在较强电场，上述位置对应石墨烯的强吸收。
如图8所示，对应本实施例中的太赫兹石墨烯吸收器在频率为8.26THz处的电场幅度分布图。由图可见，双层同心介质环的外环与石墨烯层10接触的位置存在较强电场，上述位置对应石墨烯的强吸收。
综上所述，本申请公开了一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其中，包括石墨烯层10、第一介质层20和第二介质层30，所述第一介质层20设于所述石墨烯层10的一侧；所述第二介质层30设于所述石墨烯层10的另一侧，且所述第二介质层30与所述第一介质层20之间形成共振腔。本申请公开的太赫兹石墨烯吸收器制造时在石墨烯层10两侧分别设置第一介质层20和第二介质层30，是为了形成结构紧凑的具有共振腔效应的结构，电磁波射入时，石墨烯受激产生表面等离子体，并且在光子局域效应的作用下，电磁波的能量耦合到表面等离子体中，第一介质层20和第二介质层30设置在石墨烯层10两侧形成共振腔，产生共振腔效应可以增加耦合效果，从而增加对射入的电磁波的吸收，提高太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，包括：
石墨烯层；
第一介质层，设于所述石墨烯层的一侧；以及
第二介质层，设于所述石墨烯层的另一侧，且所述第二介质层与所述第一介质层之间形成共振腔；
所述第一介质层包括多个第一介质环，多个所述第一介质环阵列排布在所述石墨烯层的表面上，用于在相邻的两个所述第一介质环之间产生共振腔效应；所述第二介质层包括多个第二介质环，多个所述第二介质环阵列排布在所述石墨烯层的表面上，用于在相邻的两个所述第二介质环之间产生共振腔效应；
其中，所述第一介质环在所述石墨烯层上的投影与所述第二介质环在所述石墨烯层上的投影至少部分重叠。
2.根据权利要求1所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述第一介质环包括单层介质环、双层同心介质环、多层同心介质环中的一种或多种；和/或
所述第二介质环包括单层介质环、双层同心介质环、多层同心介质环中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述第一介质环的形状为圆环、椭圆环、正方形环、长方形环、多边形环中的至少一种；和/或
所述第二介质环的形状为圆环、椭圆环、正方形环、长方形环、多边形环中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述第一介质环垂直投影到所述石墨烯层上的高度值为入射电磁波的波长值的1/40至1/10；和/或
所述第二介质环垂直投影到所述石墨烯层上的高度值为入射电磁波的波长值的1/40至1/10。
5.根据权利要求1所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，相邻所述第一介质环之间的阵列间距值为入射电磁波的波长值的1/15至1/5；和/或
相邻所述第二介质环之间的阵列间距值为入射电磁波的波长值的1/15至1/5。
6.根据权利要求1所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述第一介质环为硅介质环；和/或所述第二介质环为硅介质环。
7.根据权利要求1所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述石墨烯层上还设有相互背离的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极用于控制所述石墨烯层的化学势参数。
8.根据权利要求7所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述第一电极包括金电极、合金电极中的至少一种；和/或所述第二电极包括金电极、合金电极中的至少一种。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述带双层耦合介质环周期阵列的太赫兹石墨烯吸收器还包括基底，所述基底上依次堆叠设置所述第二介质层、所述石墨烯层和所述第一介质层；所述基底包括介质平面层和金属平面层，所述第二介质层设于所述介质平面层的一侧，所述金属平面层设于所述介质平面层的另一侧。
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