基于镂空结构的宽带可调太赫兹超材料吸收器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114498069A(43)申请公布日2022.05.13(21)申请号202210252844.X(22)申请日2022.03.15(71)申请人河南工业大学地址450001河南省郑州市高新技术产业开发区莲花街100号河南工业大学科技处(72)发明人付麦霞王金义杨鹏须叶玉超夏娜(51)Int.Cl.H01Q17/00(2006.01)G02B5/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称基于镂空结构的宽带可调太赫兹超材料吸收器(57)摘要本发明提供了一种基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器。该吸收器自下而上依次由金属层，中间介质层和顶层镂空“王”字型石墨烯图案组成，所述上层“王”字型石墨烯图案在x,y方向呈周期排列，底层金属薄膜、中间介质层和顶层镂空王字形石墨烯之间相互贴合。本发明合理设计镂空“王”字型石墨烯结构的几何尺寸、晶格周期以及中间介质层的厚度可以对垂直入射到超材料表面的电磁波实现宽频带完全吸收的特性，并且本发明在不改变器件结构的情况下，通过调节外加电压可有效调谐吸收率的幅值。另外，本发明尺寸小，体积小，制造简单，可用常规的方法进行制作等优点。CN114498069ACN114498069A权利要求书1/1页1.基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器，由周期结构组成，其特征在于包括若干在平面上沿同一个方向周期排列的基本单元；每个基本单元包括三层：上层为镂空“王”字形图案石墨烯层，中间为电介质聚酰亚胺层，下层为金属层。2.实际加工过程为：首先在衬底上形成介质层薄膜，然后在介质层上采用化学方法或物理方法镀一层石墨烯薄膜形成石墨烯层，按照设定的周期和基本单元的个数，通过光刻或电子束曝光对石墨烯进行刻画，去掉多余的石墨烯薄膜，刻蚀出镂空“王”字型石墨烯图案，进而构成具有周期结构的石墨烯层，当所有石墨烯层一次性刻画完毕后，需要在石墨烯层上镀一层导电胶。3.如权利要求1所述的基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器，其特征在于，所述的每个基本单元对应的镂空王字型石墨烯图案结构相同，其具体结构形状如下：王字型的长为12μm，宽为2μm。4.如权利要求1所述的基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器，其特征在于所述中间电介质层的材料为聚酰亚胺，所述介质层的厚度h=15~17μm。5.如权利要求1所述的基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器，其特征在于所述下层为金属层，其厚度为0.10.5μm。~6.如权利要求1所述的基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器，其特征在于，所述每个单元结构的周期是19*19μm。7.如权利要求1所述的基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器，其特征在于，所述石墨烯的费米能级为0.6eV～1.2eV。8.根据权利要求1所述的基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器，其特征在于：所述镂空王字型石墨烯(2)为单层原子排列结构。9.根据权利要求1所述的基于镂空结构的宽带太赫兹超材料吸收器，其特征在于：所述底层金属(4)是为了阻止太赫兹波穿透。2CN114498069A说明书1/3页基于镂空结构的宽带可调太赫兹超材料吸收器技术领域[0001]本发明属于超材料以及太赫兹波应用技术领域。具体是基于镂空结构的宽带可调太赫兹超材料吸收器。背景技术[0002]太赫兹在电磁波谱中位于微波和红外之间，是电子学和光子学的过渡区域，频率为0.1‑10THz。与其他波段相比，太赫兹波具有高空间分辨率、低能量、无损性等特点，因此在光谱学、生物医学、军事航天等领域具有广阔的应用前景。在过去的二十几年里，由于缺乏有效的太赫兹波段功能器件，人们对这段波的了解甚少以致形成了“太赫兹空白”的现象，阻碍了太赫兹技术的发展。近年来，随着新型材料的不断出现，一些新型材料能够对太赫兹波的振幅、相位、偏振以及传播实现灵活多样的控制，从而给太赫兹功能器件的发展和设计提供了新的方向和思路。[0003]超材料是指那些具有天然材料所不具备的超常物理性能的人工复合材料或者复合结构。也就是说超材料是根据应用需求，按照人们的想法，经过严格而复杂的人工设计与制备加工制成的一种具有周期性或者非周期性人造微结构单元排列的复合型材料。超材料所呈现的物理性能是超常态，即负折射率、负磁导率、负介电常数、逆多普勒效应，而现有材料与天然材料无这种超常物理性能。超材料的设计与实现说明人类在一定程度上可对光波、电磁波实现有效的操控。[0004]吸收器是指能够吸收入射电磁波的器件，但由天然材料形成的传统吸收器需要结构的尺寸与入射波的波长成正比，这将导致所设计的器件有厚度大的缺陷，限制了小型化的进展。但对于石墨烯而言，其波长远远小于相同频率电磁波在自由空间的波长，利用这一特点，可设计一些亚波长结构，将石墨烯加工成太赫兹波段的