[发明专利]一种基于石墨烯的太赫兹吸收器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体微结构及太赫兹技术领域，特别是一种基于石墨烯的太赫兹吸收器件。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1-10THz范围内的电磁波，处于微波波段和红外波段之间，兼有微波和光通信的优点，不仅带宽较宽，且信噪比、分辨率较高，非常适用于通信领域。由于太赫兹波波长较长，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。

光吸收技术在光电探测、可饱和吸收器、光伏技术等领域扮演着重要角色。近些年随着太赫兹技术的日益发展，有关太赫兹吸收器件的研究也取得了许多成果。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，这为研制高效、微型的太赫兹吸收器件提供了新的方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种结构简单、尺寸小、制作方便、便于集成、吸收效率高的基于石墨烯的太赫兹吸收器件。

本发明的技术方案：

一种基于石墨烯的太赫兹吸收器件，由石墨烯层、硅质锯齿一维光子晶体和二氧化硅质锯齿一维光子晶体构成，石墨烯层为单层石墨烯层；硅质锯齿一维光子晶体和二氧化硅质锯齿一维光子晶体相互耦合，石墨烯层平铺于硅质锯齿一维光子晶体上；硅和二氧化硅的相对介电常数分别为11.7、3.9，锯齿劈角为45°，空间重复周期为0.3μm。

本发明的工作机理：

当太赫兹波照射石墨烯材料的时候，石墨烯受激产生表面等离子体，在光子局域效应的作用下，太赫兹波的能量耦合到表面等离子体中，从而实现太赫兹波的吸收。

本发明的优点是：该基于石墨烯的太赫兹吸收器件具有结构简单、尺寸小、制作方便、便于集成、吸收效率高等优点，为研制高效、微型的太赫兹吸收器件提供了新的方法。

附图说明

图1是基于石墨烯的太赫兹吸收器件的结构示意图。

图2是基于石墨烯的太赫兹吸收器件的侧面结构示意图。

图中：1.石墨烯层 2.硅质锯齿一维光子晶体 3.二氧化硅质锯齿一维光子晶体

图3是吸收率的频率分布图。

具体实施方式

实施例：

一种基于石墨烯的太赫兹吸收器件，如图1、2所示，由石墨烯层1、硅质锯齿一维光子晶体2和二氧化硅质锯齿一维光子晶体3构成，石墨烯层1为单层石墨烯层；硅质锯齿一维光子晶体2和二氧化硅质锯齿一维光子晶体3相互耦合，石墨烯层1平铺于硅质锯齿一维光子晶体2上；硅和二氧化硅的相对介电常数分别为11.7、3.9，锯齿劈角为45°，空间重复周期为0.3μm。

该器件中硅质锯齿一维光子晶体2和二氧化硅质锯齿一维光子晶体3相互耦合，石墨烯层1平铺于硅质锯齿一维光子晶体2上。当太赫兹波照射石墨烯材料的时候，石墨烯受激产生表面等离子体，在光子局域效应的作用下，太赫兹波的能量耦合到表面等离子体中，从而实现太赫兹波的吸收。

如图3所示，这种耦合的结构使得石墨烯周围介质的等效相对介电常数发生周期性改变，通过散射矩阵的求解可知，石墨烯受激表面等离子体会在这种介电常数周期性调制的作用下发生色散分裂，从而实现石墨烯受激表面等离子的频率调制，通过改变劈尖角的大小，改变石墨烯周围介质的等效相对介电常数，即可实现太赫兹吸收频率的调制。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。