[实用新型]一种基于石墨烯的宽带可调太赫兹吸波器

说明书

本实用新型公开了一种基于石墨烯的宽带可调太赫兹吸波器，以金属作为反射基底，结构向上依次为绝缘介质层、石墨烯层，所述的石墨烯层由周期性单层石墨烯方形片结构组成。因石墨烯在红外、太赫兹波段表现出很强的金属性，直接将石墨烯结构作为共振结构单元，石墨烯结构的局域表面等离子体共振与表面等离子体共振相结合实现了单层结构的宽带吸波器，使得结构的加工工艺大为简化。且由于石墨烯独特的电学特性，通过外加偏压的改变可以改变其化学势及表面电导率，从而大范围调节入射太赫兹波的宽带强吸收。本实用新型结构简单，吸收效率高，可在太赫兹成像、光谱、隐身等多个领域有重要应用前景。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的宽带可调太赫兹吸波器。该吸波器结构能实现宽带吸波、大范围调节宽带太赫兹波的吸收率、大角度宽带吸波以及极化不敏感的特性，可用于太赫兹波段的太赫兹探测、太赫兹成像、太赫兹隐身等方面。

背景技术

太赫兹(Terahertz)波一般是指频率介于0.1～10THz范围内的电磁波，处于红外波段和微波波段之间，处于电子学与光子学研究的交叉领域。太赫兹波具有宽带性、低能性、相干性等独特性质，使得它在医学成像、传感检测、安全检查、雷达、通信等领域具有巨大应用前景。目前，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，太赫兹宽带吸波技术成为了当前太赫兹技术领域研究的热点之一。超材料是一种由亚波长微结构单元按照一定规律排列所构成的人工材料，其优点在于可以通过调节微结构单元的几何形状、尺寸和分布形式来任意控制材料的电磁属性，从而获得多种新奇的特性。近年来，基于金属超材料/介质/金属膜三明治结构的吸波器得到了国内外学者的高度关注。通过调节超材料吸波器件的结构参数可以实现宽带吸波，但其顶层超材料结构一旦确定，其吸波特性便不具有可调性，这就在很大程度上限制了其实际应用。

石墨烯是由单层六边形原胞碳原子组成的蜂窝状二维碳纳米材料，具有高导电性、高电子迁移率、光学透明性以及可调谐介电特性。鉴于石墨烯的优良特性，应用具有特定周期性形状结构的石墨烯材料替代顶层金属层，则可以设计出吸波性能可调的新型吸波器。例如， 2018年Chen等人(Jiajia Chen，Yu Zeng，Xibin Xu，Xifang Chen，Zigang Zhou，Pengcheng Shi，Zao Yi，Xin Ye，Shuyuan Xiao，and Yougen Yi.“Plasmonic absorptionenhancement in elliptical graphene arrays.”Nanomaterials 8，175，2018)发表在Nanomaterials上的论文表明，采用单层石墨烯周期性纳米椭圆形状结构能够实现红外和太赫兹波段的窄带强吸收，且其吸收峰的位置可通过石墨烯的材料参数来调节。然而，目前多数基于石墨烯的吸波器采用周期性独立圆盘、十字形、条带状或其他形状的石墨烯阵列，造成完美吸收入射电磁波的带宽较窄，极大限制了它们在太赫兹领域的实际应用，因此寻求结构简单、特性可调，易于调控的新型太赫兹宽带吸波器受到广泛的兴趣。

发明内容

本发明的目的在于为了实现对宽带太赫兹波的可调吸收，提供一种基于石墨烯的宽带可调太赫兹吸波器。

为实现上述目的，本发明的技术解决方式如下：

一种基于石墨烯的宽带可调太赫兹吸波器，其特点在于：以金属作为反射基底，结构向上依次为绝缘介质层、石墨烯层，所述的石墨烯层由周期性单层石墨烯方形片结构组成。

所述的绝缘介质层为SiO₂或其它在太赫兹波段损耗角正切小于0.1的介质材料。

所述的绝缘介质层的厚度t为16～25微米。

所述的石墨烯方形片的宽度w为20～30微米。

所述的石墨烯方形片结构单元的晶格周期p为30～45微米。