本发明涉及一种提高石墨烯紫外光吸收率的方法，属于航标设备技术领域。
背景技术：
二维材料与传统的三维材料相比具有优异的电子和光学性能，随着二维横向异质结的出现，亚纳米二维材料的陷光结构研究在光电探测、光伏器件、光致发光、拉曼光谱、光学传感和光电调制等领域具有重要的意义。作为最热门的二维材料，石墨烯在光学领域得到了广泛的关注，并且从紫外到太赫兹波段都被系统地研究。在中红外到太赫兹波段，石墨烯能够激发等离激元效应，从而可以增强光与介质的相互作用。但是，在紫外到太赫兹波段，本征石墨烯可以看作具有损耗的二维导电平面，由于其单原子层厚度，垂直入射下，石墨烯在可见光到近红外只能吸收2.3％的光，由于石墨烯能带的鞍点奇异性，其电导率在自由空间波长为268nm时显示一个显著的非对称峰值，这使得石墨烯在紫外范围内对光的吸收率高于可见光波段，但悬浮石墨烯的紫外吸收率仍低于9％，为了在紫外到近红外波段增强石墨烯的光学吸收，已经有许多研究采用特殊的光子纳米结构来增强光在单层石墨烯中的吸收，如介质波导、光学晶体、集成微腔等。然而，几乎所有的现有方法，都需要一个复杂的制造工艺，在石墨烯层的内部或外部添加亚波长纳米图案，这些过程将不可避免地增加制造的成本，并且对石墨烯的光电属性造成影响，尤其在紫外波段。
技术实现要素：
本发明要解决的现有技术中的缺陷，提供一种提高石墨烯紫外光吸收率的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
设计一种提高石墨烯紫外光吸收率的方法,包括如下步骤：
步骤1：将介质材料直接沉积在具有特定倾角的斜劈光纤的端面上，将石墨烯平铺在介质材料的表面；光纤的斜劈为θ角，利用光的全反射效应来阻挡光的透射，并引入具有亚波长厚度的介质材料薄膜来增强石墨烯对入射光的吸收，介质材料直接沉积在具有特定倾角的斜劈光纤的端面，石墨烯平铺在介质材料的表面。
步骤2：通过数值模拟的方法，对石墨烯的紫外-近红外吸收进行优化，其电导率在自由空间波长为268nm时显示一个显著的非对称峰值，石墨烯在紫外范围内对光的吸收率高于可见光波段，悬浮石墨烯的紫外吸收率低于9％；
步骤3：采用s偏振光并逐步增加斜劈光纤的斜劈角度，形成空气中入射光子能量逐渐耦合到θ角的振荡模式，石墨烯对于特定波长范围内紫外-近红外光的吸收逐渐提高；
步骤4：当增加介质材料的厚度时，中心波长也会发生相应的线性变化，这是由于只有当中心波长和介质材料的厚度发生同步变化的时候，才能维持相干光在介质材料中的相位变化恒定；增加介质材料厚度的同时，在短波一端会出现高级次的吸收峰，这是由于高级次的干涉吸收产生；
步骤5：在实际的应用中，通过选择合适的θ角、介质材料厚度来获得预期的紫外-近红外光吸收。
优选的，所述步骤1中所述光纤的材料为二氧化硅，所述介质材料的材料为氧化铝，所述石墨烯为石墨烯单原子层。
优选的，所述步骤3中当介质材料的厚度为35nm，θ角为88.4°时，在270nm处紫外-近红外光的吸收率将超过99.9％，当介质材料的厚度从35nm增加到143nm时，吸收带的中心波长从紫外波段红移到近红外波段，当介质材料的厚度分别为91nm和143nm，斜劈角分别为89.5°和89.6°时，吸收带的中心波长分别为70nm和1100nm，并且紫外-近红外光吸收率都超过了99.5％。
优选的，所述步骤4中，采用633nm的单波长光入射时，光纤的折射率越高，则需要更厚的介质材料厚度才能达到较高的吸收率，并且如果光纤的折射率接近介质材料的折射率时，吸收将会减弱；当光纤的折射率大于介质材料的折射率时，吸收将会消失。
本发明所达到的有益效果是：
1、全介质结构。与传统的表面等离激元吸收体对比，无需在结构中加入任何除石墨烯以外的有耗金属或介质，紫外光的能量全部被石墨烯吸收。
2、结构简单。与传统的表面等离激元吸收体对比，无需在表面构建复杂的图案，大大降低工艺难度和制造成本。
3、相对于之前提出的吸收体结构主要工作在可见光到红外光谱范围，本发明可以对紫外-近红外光进行高效的吸收。
该方法无需在结构中加入任何除石墨烯之外的有耗介质或金属，并且不需要进行复杂的纳米加工，使紫外-近红外光的能量全部被石墨烯吸收，并且能够通过控制极化、斜劈角大小、介质层厚度等参数来调整吸收光谱。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明的三维结构示意图；
图2(a)为三个特殊氧化铝层厚度以及特定的斜劈角下本发明中石墨烯的吸收率；图2(b)为本发明的横截面示意图；
图3为不同氧化铝层厚度下，石墨烯对入射光的吸收；
图4为633nm单波长光入射时，不同的纤芯折射率和氧化铝层厚度下，石墨烯对入射光的吸收。
图中：1为光纤，2为介质材料，3为石墨烯。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1、图2(a)、图2(b)、图3、图4所示，一种提高石墨烯紫外光吸收率的方法,包括如下步骤：
步骤1：将介质材料2直接沉积在具有特定倾角的斜劈光纤1的端面上，将石墨烯3平铺在介质材料2的表面；光纤1的斜劈为θ角，
步骤2：通过数值模拟的方法，对石墨烯3的紫外-近红外吸收进行优化，其电导率在自由空间波长为268nm时显示一个显著的非对称峰值，石墨烯3在紫外范围内对光的吸收率高于可见光波段，悬浮石墨烯3的紫外吸收率低于9％；
步骤3：采用s偏振光并逐步增加斜劈光纤1的斜劈角度，形成空气中入射光子能量逐渐耦合到θ角的振荡模式，石墨烯3对于特定波长范围内紫外-近红外光的吸收逐渐提高；
步骤4：当增加介质材料2的厚度时，中心波长也会发生相应的线性变化，这是由于只有当中心波长和介质材料2的厚度发生同步变化的时候，才能维持相干光在介质材料2中的相位变化恒定；增加介质材料2厚度的同时，在短波一端会出现高级次的吸收峰，这是由于高级次的干涉吸收产生；
步骤5：在实际的应用中，通过选择合适的θ角、介质材料2厚度来获得预期的紫外-近红外光吸收。
进一步地，所述步骤1中所述光纤1的材料为二氧化硅，所述介质材料2的材料为氧化铝，所述石墨烯3为石墨烯单原子层。
进一步地，所述步骤3中当介质材料2的厚度为35nm，θ角为88.4°时，在270nm处紫外-近红外光的吸收率将超过99.9％，当介质材料2的厚度从35nm增加到143nm时，吸收带的中心波长从紫外波段红移到近红外波段，当介质材料2的厚度分别为91nm和143nm，斜劈角分别为89.5°和89.6°时，吸收带的中心波长分别为70nm和1100nm，并且紫外-近红外光吸收率都超过了99.5％。
进一步地，所述步骤4中，采用633nm的单波长光入射时，光纤1的折射率越高，则需要更厚的介质材料2厚度才能达到较高的吸收率，并且如果光纤1的折射率接近介质材料2的折射率时，吸收将会减弱；当光纤1的折射率大于介质材料2的折射率时，吸收将会消失。
实施例：整体结构如图1所示，通过研究介质材料2折射率对整体吸收的影响，我们发现只有当光纤1的折射率小于介质材料2的折射率时，才有可能实现全吸收，因此采用常见的二氧化硅和氧化铝分别作为光纤1和介质材料2的材料。通过数值模拟的方法，对所提出结构中石墨烯3的紫外-近红外吸收进行优化。由于石墨烯3能带的鞍点奇异性，其电导率在自由空间波长为268nm时显示一个显著的非对称峰值，这使得石墨烯3在紫外范围内对光的吸收率高于可见光波段，但悬浮石墨烯3的紫外吸收率仍低于9％，仍需要通过一定的方法提高石墨烯3对紫外光的吸收。我们提出的方法是基于调整光的偏振和θ角，当采用s偏振光并逐步增加θ角度到所提出的结构时，形成空气中入射光子能量逐渐耦合到结构内的θ角振荡模式，从而逐渐提高石墨烯3对于特定波长范围内紫外-近红外光的吸收。如图2(a)、图2(b)所示，当氧化铝层的厚度为35nm，θ角为88.4°时，在270nm处的吸收率将超过99.9％，当氧化铝层的厚度从35nm增加到143nm时，会引起吸收带的中心波长从紫外波段红移到近红外波段，当氧化铝的厚度分别为91nm和143nm，θ角分别为89.5°和89.6°时，吸收带的中心波长分别为70nm和1100nm，并且吸收率都将超过99.5％。除此之外，我们发现改变介质材料2的厚度会对吸收产生很大影响，如图3所示，吸收峰的中心波长依赖于介质材料2的厚度，当增加介质材料2的厚度时，中心波长也会发生相应的线性变化，这是由于只有当中心波长和介质材料2的厚度发生同步变化的时候，才能维持相干光在介质材料2中的相位变化恒定，与此同时，我们发现，增加介质材料2厚度的同时，在短波一端会出现高级次的吸收峰，这是由于高级次的干涉吸收产生。另外，我们发现光纤1的折射率和介质材料2的厚度会对入射光的吸收产生影响，如图4所示，当我们采用633nm的单波长光入射时，光纤1的折射率越高，则需要更厚的介质材料2厚度才能达到较高的吸收率，并且如果光纤1的折射率接近介质材料2的折射率时，吸收将会减弱；当光纤1的折射率大于介质材料2的折射率时，吸收将会消失。所以在实际的应用中，可以选择合适的θ角、介质材料2厚度以及合理的光纤1材料来获得预期的紫外-近红外光吸收。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。