[发明专利]基于纳米条带结构的石墨烯可调红外高效率吸收装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于一种可调红外高效率吸收装置，具体涉及一种基于纳米条带结构的石墨烯可调红外高效率吸收装置及方法。

背景技术

红外吸收装置为一种能够选择性吸收红外辐射的器件，为调控红外辐射的基础器件之一。在红外信号探测与调制等领域均具有广阔的应用前景。而以石墨烯为代表的新型两维层状材料由于其光学性质可以通过静态电场、磁场或化学参杂的手段进行调节，在可调红外探测吸收方面了广泛关注。但是研究者注意到石墨烯不仅在可见光波段单层石墨烯具有很低的2.3％吸收[文献1，R.R.Nair,P.Blake,A.N.Grigorenko,K.S.Novoselov,T.J.Booth,T.Stauber,N.M.R.Peres,and A.K.Geim,Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene,Science 320,1308(2008)]，其在红外波段的吸收和消光等响应也均很弱，比如基于石墨烯的探测器较于传统半导体探测器效率很低[文献2，L.Vicarelli,M.S.Vitiello,D.Coquillat,A.Lombardo,A.C.Ferrari,W.Knap,M.Polini,V.Pellegrini,and A.Tredicucci,Graphene field-effect transistors as room-temperature terahertz detectors,Nature Materials 11,865-871(2012)]。强的光学响应是人们通过材料实现对光波调控的基础，对于红外光器件应用非常重要，这样如何增强石墨烯材料的红外光学吸收即为一个面向石墨烯器件应用的亟待解决的问题。目前国内外相关的研究主要集中于几个方面：(1)尝试将两维石墨烯微盘结构置于高折射率衬底和有金属背极介质衬底上，发现利用衬底的内全反射和金属的反射分别可以在斜角度和正入射下放大石墨烯的吸收[文献3-4，S.Thongrattanasiri,F.H.L.Koppens,and F.J.Garcia de Abajo,Complete Optical Absorption in Periodically Patterned Graphene,Physical Review Letters 108,047401(2012)；R.Alaee,M.Farhat,C.Rockstuhl,and F.Lederer,A perfect absorber made of a graphene micro-ribbon metamaterial,Optics Express 20,28017-28024(2012)]；(2)将石墨烯置于介质超晶格中增强石墨烯在远红外对光信号的调控作用[文献5,Y.Fan,Z.Wei,H.Li,H.Chen,and C.M.Soukoulis,Photonic band gap of a graphene-embedded quarter-wave stack,Physical Review B,88,241403(2013)]。以上现有的设计物理上均基于人工布拉格谐振或者局域谐振，增强石墨烯光学响应取决于人工结构谐振子的表现，而在实验中由于加工过程的误差，吸收效果往往与理论预期差距较大，所设计结果在应用中稳定性限制其实际使用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于纳米条带结构的石墨烯可调红外高效率吸收装置及方法，解决石墨烯应用于红外探测器件吸收效率低和实际应用可靠性的问题。

技术方案

一种基于纳米条带结构的石墨烯可调红外高效率吸收装置，其特征在于包括石墨烯纳米条带结构1、第一衬底、第二衬底和金属电极3；石墨烯纳米条带结构1与金属电极3同时置于第一衬底上，第二衬底夹在石墨烯纳米条带结构1与金属电极3之间，石墨烯纳米条带结构1的费米能够通过其边缘的金属电极3，金属电极3对石墨烯实现馈电；所述石墨烯纳米条带结构1的米条带结构周期为P，纳米条带宽为w，通过调节P和w使得吸收装置对入射光波在设计工作频率满足光学相干条件。

所述衬底采用h-BN衬底。

一种利用所述红外高效率吸收装置实现对红外波束吸收的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：调接石墨烯纳米条带结构1中米条带结构周期P和纳米条带宽w，使其对入射光波在设计工作频率满足光学相干条件；