[发明专利]一种石墨烯超表面的双频带太赫兹吸波器

说明书

本发明提供的是一种石墨烯超表面的双频带太赫兹吸波器。该超表面吸波器由多个吸波器单元构成，吸波器单元由自下而上依次设置的底层金属薄膜(1)，中间介质层(2)和顶层石墨烯薄膜(3)组成，底层金属薄膜(1)、中间介质层(2)和顶层石墨烯薄膜(3)之间相互贴合。所述底层金属薄膜(1)是全金属薄膜，顶层石墨烯薄膜(3)是图案化的单层石墨烯，所述图案化单层石墨烯的几何中心、中间介质层(2)的几何中心以及底层金属薄膜(1)的几何中心在一条直线上。本发明具有高吸收率、宽入射角度、极化不敏感等优点。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种石墨烯超表面的双频带太赫兹吸波器。

背景技术

太赫兹波是介于微波与红外波段之间频谱范围的电磁波谱。太赫兹波具有一些独特的性质：一、太赫兹波和微波一样对很多非极性物质穿透力强，如纸箱、塑料和布料等，因此太赫兹波可以对隐藏物进行检测；二、太赫兹波的波长比微波波长短，这样太赫兹波在成像方面拥有更高的空间分辨率；三、太赫兹波的光子能量比较低(1THz～4meV)不会对生物组织造成损伤。与太赫兹波相比，X射线的光子能量在keV范围，可能会对生物组织造成遗传性损伤和皮肤癌。四、由于大分子的振动和转动能级大多在太赫兹波段，通过太赫兹时域光谱技术可以获得它们的光谱信息，进而通过特征频率对它们的物质结构、物性进行分析和鉴定。

正是由于这些性质决定了太赫兹波在通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域具有重要的应用。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。近年来，太赫兹波产生源与太赫兹波检测被公认为是制约太赫兹技术发展的两大关键问题。而太赫兹波的吸收和能量捕获是实现太赫兹检测的基础，也是太赫兹波标定、调控、转换和应用的核心问题。因此，的研发将有利于太赫兹技术的发展。而现存的普遍存在着结构复杂、吸收率低、结构尺寸大、难集成等缺点。针对以上缺点，本发明设计了一种具有双频吸收、高吸收率、宽入射角、结构简单、易于集成等优点的双频太赫兹。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯超表面的双频带太赫兹吸波器。

本发明的目的是这样实现的：该超表面吸波器由多个吸波器单元构成，吸波器单元由自下而上依次设置的底层金属薄膜(1)，中间介质层(2)和顶层石墨烯薄膜(3)组成，底层金属薄膜(1)、中间介质层(2)和顶层石墨烯薄膜(3)之间相互贴合。所述底层金属薄膜(1)是全金属薄膜，顶层石墨烯薄膜(3)是图案化的单层石墨烯，所述图案化单层石墨烯的几何中心、中间介质层(2)的几何中心以及底层金属薄膜(1)的几何中心在一条直线上。

所述的每个单元的横剖面都为正方形，其边长P为2.1微米。

所述底层金属薄膜(1)的厚度d为0.5微米，由金、银、铜或铝中的一种制成。

所述的中间介质层(2)是二氧化硅，其厚度t为3.6微米，相对介电常数为3.9。

所述的单层石墨烯结构进行图案化；所述图案是由四个几何形状完全相同的菱形和一个圆盘组成；所述四个菱形呈上下、左右镜像对称方式布置；所述四个菱形长对角线所对应的两个顶角中的一个顶角正对于中间介质层的四个边的中点，另一个顶角的顶点与圆盘的几何中心、中间介质层(2)的几何中心以及底层金属薄膜(1)的几何中心在一条直线上。

所述的菱形的两条对角线长L1和L2分别为1.0微米和0.7微米，圆盘的半径r为0.2微米。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1.超表面吸波器的顶层采用一个图案化的单层石墨烯，结构简单，紧凑，完美对称，易于实现，还可以使具有极化不敏感特性；

2.本发明提出的超表面吸波器，可以在6～16THz的频率范围内实现两个吸收峰，且都具有近乎完美的吸收率；