一种具有双频吸收功能和PIT调制功能的元器件的制作方法

一种具有双频吸收功能和pit调制功能的元器件
技术领域
1.本发明属于通信领域，具体涉及一种具有双频吸收功能和pit调制功能的元器件。


背景技术：

2.太赫兹波是指频率介于0.1-10th在之间的电磁波，其波长范围为0.03-3mm，太赫兹波在电磁频谱中的位置与微波和红外辐射之间，到目前为止，电磁波中除了太赫兹波段以外的大部分波段都得到了广泛的研究和应用，而太赫兹波由于因缺乏有效的辐射产生和监测方法，使得这一波段未得到充分的研究和应用。
3.近年来，超材料太赫兹功能器件在成像，传感，通信领域等方面取得了突出的成就，并在电磁兼容，隐身材料等领域具有非常广阔的应用前景，但是还存在一些缺点，目前大多依靠电磁感应透明现象(eit)来实现器件功能，然而，eit对环节的要求苛刻，对高强度激光和低温有着关键要求，因此，电磁感应透明度由于苛刻的条件在应用中收到限制，绝大多数关于太赫兹功能元器件的设计只包含一种功能特性，不能完全满足六代通信应用中的集成化、小型化、智能化的要求，本发明针对这一技术问题进行解决。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种具有双频吸收功能和pit调制功能的元器件，解决了现有元器件功能单一的问题，实现了太赫兹双窄带吸收以及透明窗口吸收的功能。
5.一种具有双频吸收功能和pit调制功能的元器件，包括二氧化硅介电层、分别设置在所述二氧化硅介电层两侧的石墨烯阵列和金属层，所述石墨烯阵列由若干石墨烯开口环组成，所述金属层为有损金属。
6.进一步的，所述石墨烯开口环的开口角度为270
°
。
7.进一步的，所述石墨烯开口环分为开口环一和开口环二，所述开口环一的半径为2.6微米，所述开口环二的半径为2微米。
8.进一步的，所述二氧化硅介电层的厚度为4.8微米，其介电常数为3.9。
9.进一步的，所述金属层的厚度为0.1微米，其电导率为σ＝4.561
×
〖10〗^(7)s/m。
10.石墨烯由单层碳原子组成，其结构为二维蜂窝状，由于其独特的物理特性，引起了巨大的反响。在基于元表面的功能器件设计中，石墨烯可以有效支持太赫兹波段的表面等离子体效应，并且具有低损耗、强慢波效应。用石墨烯代替金属，不仅可以利用石墨烯的光学特性实现太赫兹完美吸收体的动态调谐，而且由于石墨烯与太赫兹波的强相互作用，相应的完美吸收体可以应用于生物感应领域。
11.在建模过程中，单层石墨烯的厚度被设定为1nm，其总的表面电导率由带内电导率和带间电导率组成，可通过kubo公式计算如下：
[0012][0013]
其中，代表入射波的角频率，代表带电粒子的散射率，e代表电子的电荷，代表简化的普朗克常数。在太赫兹区域，由于光子能量s我们可以忽略带间贡献的影响，当与带内贡献相比，即σ
intra
＞＞σ
inter
。由于泡利排除原理，带间电导率贡献的影响可以减少，因此我们可以使用类似德鲁德的模型来简化石墨烯的表面电导率。
[0014][0015]
其中ef代表石墨烯的费米能量，τ代表石墨烯的载流子弛豫时间。由于共振谱的移动受控制，而共振振幅的调制受im(σ
gra
)影响。施加电场或光泵可以控制费米能级，以实现拟议设计的主动可调性。由于该结构的底层是金属，其透射率可以忽略不计，所以其吸收率a可以表示为a＝1-|s
11
|2，其中s
11
是元表面的反射系数。在本研究中，使用cst的基于有限元法(fem)的频域求解器来计算设计的双功能元器件。
[0016]
本发明的技术效果如下：
[0017]
(1)解决了必须利用电磁感应透明现象(eit)所需的苛刻条件，我们使用等离子诱导透明(pit)技术，对电磁波的强度，以及温度没有苛刻的要求，在室温下就可以实现绝大部分功能；
[0018]
(2)解决了功能单一的问题，元器件的吸收和透射功能通过人为控制底部金属反射器的存在或不存在来实现，原理简单并实现了开关能力，并同时实现太赫兹双窄带吸收以及透明窗口透射的功能；
[0019]
(3)解决了无法主动可调谐的问题，石墨烯作为一种二维单层材料，可以通过施加偏置电压来动态调控其表面导电性的化学势，实现连续动态可调吸收频率的功能。可以通过改变石墨烯开口谐振环的半径大小改变共振频率，通过改变石墨烯开口环(gsrr)的大小控制吸收频率和透射窗口大小。
附图说明
[0020]
图1为本发明的结构示意图。
[0021]
图2为本发明的石墨烯阵列图。
[0022]
其中，附图说明为：1、二氧化硅介电层；2、开口环一；3、开口环二；4、金属层。
具体实施方式
[0023]
下面将结合本发明的实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明。
[0024]
参见图1，一种具有双频吸收功能和pit调制功能的元器件，包括二氧化硅介电层1、分别设置在二氧化硅介电层1两侧的石墨烯阵列和金属层4，石墨烯阵列由若干石墨烯开
口环组成，金属层4为有损金属。
[0025]
参见图2，进一步的，石墨烯开口环的开口角度为270
°
。
[0026]
进一步的，石墨烯开口环分为开口环一2和开口环二3，开口环一2的半径为2.6微米，开口环二3的半径为2微米。
[0027]
进一步的，二氧化硅介电层1的厚度为4.8微米，其介电常数为3.9。
[0028]
进一步的，金属层4的厚度为0.1微米，其电导率为σ＝4.561
×
〖10〗^(7)s/m。
[0029]
本实施例呈三明治结构的周期性阵列，顶层采用特殊的单层石墨烯开口谐振环设计，单层石墨烯开口为270
°
关于中心点对称，完全根据cst仿真效果设计，可以实现最佳的完美的双带吸收/透射。
[0030]
石墨烯由单层碳原子组成，其结构为二维蜂窝状，由于其独特的物理特性，引起了巨大的反响。在基于元表面的功能器件设计中，石墨烯可以有效支持太赫兹波段的表面等离子体效应，并且具有低损耗、强慢波效应。用石墨烯代替金属，不仅可以利用石墨烯的光学特性实现太赫兹完美吸收体的动态调谐，而且由于石墨烯与太赫兹波的强相互作用，相应的完美吸收体可以应用于生物感应领域。
[0031]
在建模过程中，单层石墨烯的厚度被设定为1nm，其总的表面电导率由带内电导率和带间电导率组成，可通过kubo公式计算如下：
[0032][0033]
其中，ω代表入射波的角频率，γ代表带电粒子的散射率，e代表电子的电荷，代表简化的普朗克常数。在太赫兹区域，由于光子能量s我们可以忽略带间贡献的影响，当与带内贡献相比，即σ
intra
＞＞σ
inter
。由于泡利排除原理，带间电导率贡献的影响可以减少，因此我们可以使用类似德鲁德的模型来简化石墨烯的表面电导率。
[0034][0035]
其中ef代表石墨烯的费米能量，τ代表石墨烯的载流子弛豫时间。由于共振谱的移动受控制，而共振振幅的调制受im(σ
gra
)影响。施加电场或光泵可以控制费米能级，以实现拟议设计的主动可调性。由于该结构的底层是金属，其透射率可以忽略不计，所以其吸收率a可以表示为a＝1-|s
11
|2，其中s
11
是元表面的反射系数。在本研究中，使用cst的基于有限元法(fem)的频域求解器来计算设计的双功能元器件。
[0036]
上述实施例仅为本发明的优选实施例，本领域技术人员可以在不付出创造性劳动的前提下，从上述实施例得到其它的实施例，故本发明保护的范围不仅为上述实施例，而是保护与本发明的技术方案的原理和特征相一致的范围。