基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113161763A(43)申请公布日2021.07.23(21)申请号202110421870.6(22)申请日2021.04.20(71)申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市桂林金鸡路1号(72)发明人陈明徐捷熊剑峰成煜苑立波(51)Int.Cl.H01Q17/00(2006.01)H01Q15/00(2006.01)G02B5/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器(57)摘要本发明公开了一种基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器，属于太赫兹吸波领域，在4.5THz左右吸收率达到99.6％。特征是：所设计吸波器从上至下依次是一层图案化的石墨烯层(1‑4),一层介质层薄膜(5)，五层砷化镓(6‑10)和四层聚酰亚胺介质(11‑14)交替组成的高反射层。其中，高反射层的厚度和折射率由多层电介质层的相位差和特征矩阵法得到；使用时域有限积分法，得到结构的吸收频谱；最后，通过参数化扫描优化模型的结构材料。本发明结构简洁、便于加工、吸收率高、没有任何金属损耗且可动态调节吸波器吸收频率，为全介质可调吸波器的设计提供了一种思路，减少了传统吸波器金属衬底加热和高损耗的问题，可广泛运用于各种吸波器、调制器和探测器的设计。CN113161763ACN113161763A权利要求书1/1页1.一种基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器。其特征是：这是一种全介质结构的吸波器，从上至下依次为图案化的石墨烯层(1、2、3、4),介质层薄膜(5)，5层砷化镓(6、7、8、9、10)和4层聚酰亚胺介质(11、12、13、14)交替组成的反射结构，各层结构之间紧密贴合。所述周期性基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器的横向周期和纵向周期均为p，顶部图案化的石墨烯层为4个完全一致的半径为R的1/4圆，圆心分别位于吸波器的四个顶点上，介质层薄膜的介电常数设计为ε1，厚度为h1，反射结构中各层的厚度和折射率是根据多层电介质涂层的相位差和特征矩阵法设计而来的，上述5层砷化镓(6、7、8、9、10)的厚度均为h2，介电常数均为ε2，上述4层聚酰亚胺介质(11、12、13、14)的厚度均为h3，介电常数均为ε3，砷化镓的介电常数ε2应大于聚酰亚胺的介电常数ε3。顶部材料选用单层石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器，其特征在于其单个结构周期为p＝4.2μm。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器，其特征在于所述的介质层薄膜厚度h1为3.9μm，介电常数ε1为3.9，反射结构中的5层砷化镓(6、7、8、9、10)的厚度h2均为5μm，介电常数ε2均为12.94，4层聚酰亚胺介质(11、12、13、14)的厚度h3均为7.9μm，介电常数ε3均为3.5，其功能是阻止特定频率的电磁波透射出去，顶层采用单层石墨烯，厚度为0.34nm。4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器，其特征在于顶部图案化的石墨烯的4个一致的1/4圆的半径R为1.5μm，圆心分别位于吸波器单元结构顶部的四个顶点上。5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器，其特征在于由于石墨烯的动态可调性，可以改变其费米能级，以求达到不同吸波频率的功能。6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器，其特征在于所述发明工作在4.25‑4.85THz频段内。2CN113161763A说明书1/4页基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器(一)技术领域[0001]本发明涉及的是一种基于石墨烯的全介质太赫兹可调谐吸波器，可用于开发基于全介质结构的可调谐太赫兹器件，减少了传统吸波器金属衬底的电阻、加热和高损耗的问题，同时具有在特定频带内高吸收的特点，可广泛运用于各种其他吸波器、调制器和探测器的设计。属于太赫兹超材料吸波领域。(二)背景技术[0002]近年来，超材料吸波材料在太赫兹领域得到蓬勃的发展，太赫兹吸波材料的优点之一就是超材料的电磁特性由其几何形状决定，这就使得超材料在吸波领域具有简单灵活易变的特点。与此同时，石墨烯在太赫兹波段可以支持表面等离激元的传播，而单层石墨烯对光的吸收可以达到2.3％，我们通过化学掺杂或外加电场的方式来改变石墨烯的载流子浓度，以求调控石墨烯的化学势，最终达到控制吸波器吸收频率的目的。因此，石墨烯在超材料吸波器的设计应用上是十分有前景的。超材料吸波器的发展背景主要是从2008年Landy等人首次设计了一种金属表面谐振结构的单波段完美吸收体，随后人们在此基础上提出了各种不同形状的太赫兹吸收体，随着新型二维材料的出现，如石墨