[发明专利]一种基于双层石墨烯的高吸收率宽带可调的吸波器

说明书

本发明提出的是一种基于双层石墨烯的高吸收率宽带可调的吸波器。其特征是：它由底层金属板(1)、介质材料1(2)、中间风车和方形环状的石墨烯层(3)、介质材料2(4)以及顶层无图案石墨烯层(5)组合而成，各层之间紧密贴合。本发明针对现有吸波器吸收效率低、吸收带宽窄的缺点，利用三维仿真软件CST STUDIO SUITE 2019进行分析仿真，得到吸波器的吸收频谱，执行了99％的高吸收率参考标准，在此标准下，利用双层石墨烯做到了1.3THz左右的吸收带宽，大大提高了99％以上吸收率的工作带宽。该吸波器具有结构简单、便于集成、偏振不敏感的特点，属于太赫兹超材料吸波领域，可广泛运用于各种太赫兹开关、调制器设计、功率采集等各个相关方向。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种基于双层石墨烯的高吸收率宽带可调的吸波器，可用于开发高吸收率的宽带吸波器件，在99％吸收率的标准下，做到了1.3THz左右的吸收带宽，具有在十分广的带宽的情况下保持高吸收的特点，可广泛运用于各类宽带吸波器、太阳能电池和电磁隐身等各个方面的设计。属于太赫兹超材料吸波领域。

(二)背景技术

近年来，随着新型二维材料的相继出现，如石墨烯、黑磷以及狄拉克半金属等被迅速地运用到太赫兹吸波器的设计中，这极大的丰富了太赫兹吸波体的种类和功能，这些应用中，最重要的就是利用二维材料使的太赫兹吸波体具有了可调的功能，其中，运用较为广泛、效果较好的就是石墨烯材料。我们通过外加电压或化学掺杂的方式来改变石墨烯的载流子迁移率，以求调控石墨烯的化学势，进而做到控制吸波器吸收频率的效果。因此，石墨烯材料在太赫兹吸波器的应用中是十分有意义的。

而随着电磁超材料的发展，吸波器的设计也向着吸收效率越来越高，带宽越来越宽的方向进步。自2008年，Landy等人设计了一种完美吸收体，各种各样的窄带吸收体、多峰吸收体和宽带吸收体不断被研发，其中，宽带吸收体多运用于太赫兹开关，太阳能电池以及功率采集领域。但由于现存的太赫兹宽带吸收体以90％为吸收率的参考标准，导致大多数宽带吸收体的真实吸收效率并不高，这就严重限制了宽带吸收体的应用与发展。

为解决上述问题，贺峰等人在《Tunable polarization-independent and angle-insensitive broadband terahertz absorber with graphene metamaterials》一文中提出了一种99％的高吸收参考标准的宽带吸波器，具有0.32THz的高吸收率带宽。韩雄等人在2020年《Dual-controlled broadband terahertz absorber based on graphene andDirac semimetal》一文中提出了在90％吸收率参考标准下，具有接近4.2THz的吸收带宽。因此，在99％高参考标准下，太赫兹宽带吸波器的带宽还略显狭窄。

本发明公开了一种基于双层石墨烯的高吸收率宽带可调的吸波器。可用于太赫兹开关、调制器设计、太阳能电池以及功率采集等各个领域。它采用了双层石墨烯结构，顶层为无图案石墨烯层，具有结构简单、便于集成的优势。通过设计中间石墨烯层的图案，根据阻抗匹配理论，使得吸波器在1.3THz宽度频段内高度吸收。与现有技术相比，在99％吸收率的高标准下大大提高了吸收带宽，同时具有可调、偏振不敏感的优点，增强了电磁波的利用率，能够使电磁波近乎全部得到利用，也进一步提高了吸波器的吸收带宽。

(三)发明内容

针对目前吸波器吸收效率低、带宽窄的缺点，本发明的目的在于提供一种基于双层石墨烯的以高吸收率为参考标准的宽带可调的吸波器。

本发明的目的是这样实现的：