一种石墨烯可调宽带太赫兹吸收器的制作方法

本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种石墨烯可调宽带太赫兹吸收器。该吸收器结构能实现宽带吸收，宽带太赫兹波吸收率可调节、偏振不敏感的特性，可用于太赫兹探测，成像，隐身等方面。

背景技术：

宽频带超材料完美吸收器在生物传感，军事隐身，光电探测器，光热转换等方面具有重要的应用前景，从而引起人们的广泛关注，并已提出许多类型的宽频带超材料完美吸收器。该领域最热点的研究方向之一是实现可调谐的宽频带超材料完美吸收器，因为它们在实际应用中具有很大的灵活性。目前，主要有两种方法设计可调谐的宽频带超材料完美吸收器。一种方法是将两个或多个具有不同尺寸的谐振器组合在一起构成超大单元。另一方法是堆栈具有不同几何尺寸的多层谐振器，所述的多层谐振器由具有适当厚度的介质层隔离。虽然宽带和可调谐吸收行为是非常理想的，但它们也面临着一些问题：结构单元尺寸大，器件制备工艺过程复杂。这些问题极大地阻碍了它们的实际应用。

本发明通过设计新的超材料吸收器具有宽带强吸收、偏振不敏感、厚度薄，单一结构、结构简单、便于加工等优势。另外，由于石墨烯的费米能级可调性，使得可以实现吸收器强度的动态可调的性能，可以满足对太赫兹吸收方面应用的要求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种石墨烯可调宽带太赫兹吸收器。

为实现上述目的，本发明的采用的技术方案是：

一种石墨烯可调宽带太赫兹吸收器，其特点在于：以金属作为反射基底，结构向上依次为介质层、图案的石墨烯层。所述的金属基底为金、铜、银或铝，所述的石墨烯为单层原子排列结构，设置为有四个对称矩形挖槽的方形共振结构。

本发明所述的有益效果是：

1.石墨烯层关于x轴和y轴对称，对于te和tm波可以得到相同的吸收曲线，保证了结构的偏振不敏感性。

2.本发明的宽频带吸收器结构简单，仅用单层石墨烯便可实现宽频带吸收效果，在特定频带范围内吸收率不低于90％。

3.当入射角增大时，仍能保持良好的吸收效果。

4.吸收器采用二维周期型结构，结构简单紧凑，便于大规模集成。

5.本发明利用石墨烯的电可调性，可以实现吸收器强度的动态可调特性。

附图说明

图1：本发明实施例的单元结构示意图。

图2：本发明实施例的顶层石墨烯俯视图。

图3：电磁波垂直入射下该吸收器的吸收曲线图。

图4：改变化学势0～0.9ev时吸收曲线图。

图1中，1：金属层；2：介质层；3：石墨烯层。金属层的长和宽为p＝35微米，厚度为t2＝0.2微米，介质层厚度为t1＝16微米。

图2中，方形单层石墨烯的长和宽为a＝b＝30微米，镂空的矩形凹槽的宽为a1＝4微米，长为b1＝11微米。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做作进一步的说明。

本发明设计了一种石墨烯可调宽带太赫兹吸收器，具体实施方式包括：

图1为基于石墨烯的宽频带吸收器的示意图。采用周期为p，厚度为t2的金属层(1)作为反射基底，中间介质层(2)选用二氧化硅，顶层石墨烯层(3)为单层结构。所述金属层可以选用金、铜、银或铝，这里金属的厚度应远大于其在太赫兹波段的趋肤深度，选择t2＝0.2微米为其厚度。

图2为顶层石墨烯图案，方形石墨烯的长和宽都为30微米，挖去的矩形凹槽的宽为4微米，长为11微米，四个矩形凹槽分布在x和y轴的正负轴，坐标中心分别位于(9.5微米，0)，(-9.5微米，0)，(0，9.5微米)，(0，-9.5微米)。本发明设计的是一个在0.4-4.5thz的反射型吸收器，因此选用结构单元的周期p为35微米。

石墨烯化学势取0.9ev，电磁仿真得到所述太赫兹吸收器的吸收曲线如图3所示，可见本发明吸收器对于太赫兹波具有较强的吸收特性，且可以宽频带吸收。

石墨烯最重要的性质之一就是电可调性，因此分析了石墨烯的化学势从0ev到0.9ev之间变化时，宽频带的吸收效率如图4所示，可以看到在0ev到0.9ev之间可以实现吸收率15％-100％的动态调谐。

关于吸收率的计算，当入射电磁波从自由空间入射至结构表面时，有一部分会直接被反射到自由空间形成反射波，剩余的部分以透射波形式入射至结构内部，一部分以欧姆损耗转换成热能或其它形式的能，一部分以透射波形式继续向前传播。因此，电磁波吸收率表达式为：a(ω)＝1-r(ω)-t(ω)＝1-|s11|²-|s21|²(1)

其中，r(ω)、t(ω)分别为反射率和透射率，s11、s21分别为吸收器的反射系数和透射系数。

对于反射式吸收器而言，0.2微米厚度的金属板的功能是阻止进入到结构的电磁波透射出去，因此s21＝0。此时的电磁波只需计算反射率和吸收率，而反射率为：

r(ω)＝|s11|²(2)

即吸收率可以简化为：

a(ω)＝1-r(ω)＝1-|s11|²。(3)。