红外波段可调双频/三频石墨烯超材料吸收装置的制造方法

文档序号:10232299阅读:502来源:国知局
红外波段可调双频/三频石墨烯超材料吸收装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可调双频/三频吸收装置,属于光电领域。
【背景技术】
[0002]红外波段(Infrared)是指波长介于微波与可见光之间的电磁波,波长在760纳米(nm)至1毫米(mm)之间,比红光长的非可见光。红外波具有穿透性强等特点,在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。
[0003]超材料作为一种新型的人工电磁材料已经得到越来越多的关注,由于其具备常规材料所不具备的负折射率等特性,在通信系统、电磁隐身等方面有着极其重要的应用。
[0004]石墨烯(Graphene)作为一种具有蜂窝状二维晶体结构半金属材料,其特殊的特性很快被人们所关注。研究结果显示,单层石墨烯对可见光的吸收率为2.3%,石墨烯层数对吸收率有明显的影响。石墨烯优越的电特性使得其在透光导体、光伏器件、发光设备等方面有十分强大的潜在应用。
【实用新型内容】
[0005]实用新型目的:本实用新型的目的时提供一种可调双频/三频石墨烯超材料吸收器装置,该装置具有电调谐性能,同时具备极化不敏感和大角度吸收的特性。
[0006]技术方案:为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案为:
[0007]一种红外波段可调双频/三频石墨烯超材料吸收装置,包括金属基板,设置于金属基板上的中间层,所述金属基板和中间层均为正方形,且长宽尺寸相同;所述中间层上设置有五个圆盘,每个圆盘均由自下而上的石墨烯层、金属层、聚合物层组成。
[0008]进一步的,所述金属基板的材质为金,中间层的材质为氟化镁,石墨烯层的材质为少层石墨稀,金属层的材质为金属金,聚合物层的材质为聚酰亚胺。
[0009]进一步的,所述的五个圆盘包括第一圆盘、第二圆盘、第三圆盘、第四圆盘、第五圆盘,所述第一圆盘位于中间层上的中央,第二圆盘、第三圆盘、第四圆盘、第五圆盘分别设置于第一圆盘的圆心与中间层的四个角的连线上。
[00?0]进一步的,所述金属基板和中间层的长宽均为300nm,金属基板的厚度为lOOnm,中间层的厚度为20nm,石墨稀层的厚度为0.5nm,金属层和聚合物层的厚度均为10nmo
[0011]进一步的,所述第二圆盘、第三圆盘、第四圆盘、第五圆盘的直径相同,且小于第一圆盘的直径。优选的,所述第一圆盘的直径为120nm,第二圆盘、第三圆盘、第四圆盘、第五圆盘的直径均为80nmo
[0012]进一步的,所述第二圆盘和第四圆盘位于斜向相对的两个对角,且直径相同;第三圆盘和第五圆盘位于斜向相对的两个对角,且直径相同;且第一圆盘的直径大于第二圆盘的直径,第二圆盘的直径大于第三圆盘。优选的,所述第一圆盘的直径为lOOnm,第二圆盘、第四圆盘的直径为80nm,第三圆盘和第五圆盘的直径均为60nmo
[0013]有益效果:与现有技术相比,本实用新型有以下优势:
[0014](1)本实用新型具有电调谐特性,即在该结构上装置电压时,吸收频段会随电压变化而改变;
[0015](2)本实用新型中电调谐可单独调谐,也可以实现联调;
[0016](3)本实用新型与现有的单频、双频吸收器相比,频带要更加丰富,与现有三频吸收器相比,由于本实用新型的工作原理是基于两种谐振产生的吸收特性,因此吸收性能更加稳定;
[0017](4)本实用新型具有极化不敏感和大角度吸收的特性,满足更多应用场合;
[0018](5)本实用新型结构简单,尺寸小,便于小型化制作。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的吸收器结构单元正视图;
[0020]图2是本实用新型的吸收器结构单元侧视图;
[0021]图3是本实用新型在不同电压下双频吸收的调谐特性;
[0022]图4是在不同角度入射的电磁波的双频吸收的仿真结果;
[0023]图5是本实用新型在不同电压下三频吸收的调谐特性;
[0024]图6是在不同角度入射的电磁波的三频吸收的仿真结果;
[0025]图7是在不同极化方式下的双频吸收特性。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0027]如图1和2所示为本实用新型的红外波段可调双频/三频石墨烯超材料吸收装置,包括金属基板1,设置于金属基板1上的中间层2,金属基板1和中间层2均为正方形,且长宽尺寸相同;所述中间层2设置有五个圆盘6,每个圆盘6均由自下而上的石墨烯层3、金属层4、聚合物层5组成;金属基板1的材质优选为金,中间层2的材质为氟化镁,石墨烯层3的材质为单层石墨稀,金属层4的材质优选为金,聚合物层5的材质优选为聚酰亚胺。
[0028]五个圆盘6包括第一圆盘61、第二圆盘62、第三圆盘63、第四圆盘64、第五圆盘65,所述第一圆盘61位于中间层2上的中央,第二圆盘62、第三圆盘63、第四圆盘64、第五圆盘65分别设置于第一圆盘61的圆心与中间层2的四个角的连线上。
[0029]金属基板1和中间层2的长宽均为300nm,金属基板1的厚度为lOOnm,中间层2的厚度为20nm,石墨稀层3的厚度为0.5nm,金属层4和聚合物层5的厚度均为10nmo
[0030]本实用新型通过设计一种多层堆叠结构,实现双频/三频红外波段吸收装置,通过控制石墨烯层调控电压,可以调节吸收频点位置及吸收率大小。如图3,5所示。
[0031]第二圆盘62、第三圆盘63、第四圆盘64、第五圆盘65的直径相同,且小于第一圆盘61的直径。具体的,第一圆盘61的直径为120nm,第二圆盘62、第三圆盘63、第四圆盘64、第五圆盘65的直径均为80nm。可实现双频吸收,如图3所示。
[0032]第二圆盘62和第四圆盘64位于斜向相对的两个对角,且直径相同;第三圆盘63和第五圆盘65位于斜向相对的两个对角,且直径相同;且第一圆盘61的直径大于第二圆盘62的直径,第二圆盘62的直径大于第三圆盘63。具体的,第一圆盘61的直径为lOOnm,第二圆盘62、第四圆盘64的直径为80nm,第三圆盘63和第五圆盘65的直径均为60nm。可实现三频吸收,如图5所示。
[0033]图1和图2中,V1-V5分别是加载在第一圆盘61至
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