一种基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器

本发明涉及太赫兹吸收器，尤其涉及一种基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器。

背景技术：

1、随着日新月异的科学技术发展，电磁波吸收技术在能量转化、光电探测等方面领域扮演着重要角色，特别是有关太赫兹吸收器件的研究颇受关注。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，并且可以利用外加电压灵活地进行参数控制，这为研制可调控的微型太赫兹吸收器件提供了崭新的应用前景。

2、另一方面，太赫兹波(0.1-10thz)处于微波波段和红外波段之间，兼有微波和光通信的优点，不仅信噪比、分辨率较高，适用于通信领域，而且太赫兹波波长较长，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。

3、但是，由于受到石墨烯材料本身的特性限制，实际太赫兹吸收器的单层石墨烯的太赫兹吸收率很低，并且吸收带宽受到限制，这些给实际应用带来一定的局限性。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，旨在解决现有太赫兹吸收器的吸收率低、吸收带宽较窄的问题。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，包括：基底层以及设置于所述基底层上的若干齿轮柱阵列层和若干石墨烯平面层；其中，所述齿轮柱阵列层与所述石墨烯平面层交替分布，由所述齿轮柱阵列层与所述石墨烯平面层形成若干个齿轮柱阵列-石墨烯平面层-齿轮柱阵列级联的耦合共振腔；在每一个齿轮柱阵列层中形成若干个齿轮柱-齿轮柱耦合的共振腔。

4、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述齿轮柱阵列层的层数不少于3层，所述石墨烯平面层的层数不少于2层。

5、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述齿轮柱阵列层中的齿轮柱呈正方晶格排布或呈三角晶格排布；每一个所述齿轮柱包括10～20个锯齿以及设置于所述齿轮柱中心的中心柱。

6、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述中心柱的截面形状为圆形、椭圆形、方形、长方形、三角形、多边形中的一种；所述齿轮柱的材质为高折射率介质，所述高折射率介质的折射率大于2.5；所述中心柱的材质为第一低折射率介质，所述第一低折射率介质的折射率小于2.0。

7、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述齿轮柱的材质为硅，所述中心柱的材质为二氧化硅。

8、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，沿背离所述基底层的方向，所述齿轮柱的尺寸逐渐减小。

9、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述基底层包括衬底平面层和反射平面层，所述衬底平面层的材质为第二低折射率介质，所述第二低折射率介质的折射率小于2.0。

10、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，所述衬底平面层的材质为二氧化硅，所述反射平面层的材质为金或银。

11、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，在每一个所述石墨烯平面层上还设置有电极，所述电极为金电极和合金电极中的一种或两种。

12、所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其中，在所述齿轮柱阵列层与所述石墨烯平面层间填充有第三低折射率介质，所述第三低折射率介质的折射率小于2.0；所述第三低折射率介质为高分子聚合物。

13、有益效果：本发明公开了一种基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，通过在多层石墨烯平面层之间设置多层渐变齿轮柱阵列形成级联的耦合共振腔，当电磁波入射石墨烯吸收器时，石墨烯受激产生表面等离子激元，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激元中，产生的耦合共振腔效应可以增加耦合效果，从而增加对入射电磁波的吸收，提高太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率；并且，上述级联的耦合共振腔中存在丰富的耦合模式有效增加吸收带宽，从而提高太赫兹石墨烯吸收器的实际应用范围。

技术特征：

1.一种基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，包括：基底层以及设置于所述基底层上的若干齿轮柱阵列层和若干石墨烯平面层；其中，所述齿轮柱阵列层与所述石墨烯平面层交替分布，由所述齿轮柱阵列层与所述石墨烯平面层形成若干个齿轮柱阵列-石墨烯平面层-齿轮柱阵列级联的耦合共振腔；在每一个齿轮柱阵列层中形成若干个齿轮柱-齿轮柱耦合的共振腔。

2.根据权利要求1所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述齿轮柱阵列层的层数不少于3层，所述石墨烯平面层的层数不少于2层。

3.根据权利要求1所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述齿轮柱阵列层中的齿轮柱呈正方晶格排布或呈三角晶格排布；每一个所述齿轮柱包括10～20个锯齿以及设置于所述齿轮柱中心的中心柱。

4.根据权利要求3所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述中心柱的截面形状为圆形、椭圆形、方形、长方形、三角形、多边形中的一种；所述齿轮柱的材质为高折射率介质，所述高折射率介质的折射率大于2.5；所述中心柱的材质为第一低折射率介质，所述第一低折射率介质的折射率小于2.0。

5.根据权利要求3所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述齿轮柱的材质为硅，所述中心柱的材质为二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，沿背离所述基底层的方向，所述齿轮柱的尺寸逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述基底层包括衬底平面层和反射平面层，所述衬底平面层的材质为第二低折射率介质，所述第二低折射率介质的折射率小于2.0。

8.根据权利要求7所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，所述衬底平面层的材质为二氧化硅，所述反射平面层的材质为金或银。

9.根据权利要求1所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，在每一个所述石墨烯平面层上还设置有电极，所述电极为金电极和合金电极中的一种或两种。

10.根据权利要求1所述的基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其特征在于，在所述齿轮柱阵列层与所述石墨烯平面层间填充有第三低折射率介质，所述第三低折射率介质的折射率小于2.0；所述第三低折射率介质为高分子聚合物。

技术总结
本发明公开了一种基于渐变齿轮柱阵列的超带宽太赫兹石墨烯吸收器，其包括：基底层以及设置于所述基底层上的若干齿轮柱阵列层和若干石墨烯平面层；其中，所述齿轮柱阵列层与所述石墨烯平面层交替分布，由所述齿轮柱阵列层与所述石墨烯平面层形成若干个齿轮柱阵列‑石墨烯平面层‑齿轮柱阵列级联的耦合共振腔；在每一个齿轮柱阵列层中形成若干个齿轮柱‑齿轮柱耦合的共振腔。本发明通过在多层石墨烯平面层之间设置多层齿轮柱阵列形成级联的耦合共振腔，产生的耦合共振腔效应可以增加耦合效果，从而增加对入射的电磁波的吸收，提高太赫兹石墨烯吸收器的吸收效率；上述级联的耦合共振腔中存在丰富的耦合模式有效增加吸收带宽。

技术研发人员：王琼,郑耀贤,欧阳征标,林密
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13