宽带石墨烯太赫兹可调吸收器制造技术

本发明专利技术公开了宽带石墨烯太赫兹可调吸收器及其方法。它包括太赫兹波输入端、第一石墨烯微结构层、第一硅介质层、第二石墨烯微结构层、第二硅介质层、金属条带层、太赫兹波输出端以及外加电压源；本发明专利技术的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器具有可调，制作方便，吸收率高等优点，满足在太赫兹波通信技术、生物医学、太赫兹辐射领域应用要求。

【技术实现步骤摘要】
宽带石墨烯太赫兹可调吸收器
本专利技术涉及吸收器，具体涉及宽带石墨烯太赫兹可调吸收器及其方法。
技术介绍
太赫兹(THz，1THz=1012Hz)波是指频率从0.1THz到10THz，波长为3mm到30μm，其频段介于毫米波与红外光之间频谱范围的电磁波谱区域。太赫兹所处波谱中独特频段使其不仅同时微波及光波的一些特征，同时它还有具有一些独特的特点：（1）强穿透性：太赫兹能够低损耗透过电介质及非极性物体的特性使得它能够对陶瓷非透明介质透视成像，同时太赫兹波是浓烟或者风尘等低可见度环境中成像的理想光源，可用于沙漠、雾霾天气等场合。（2）低能量性：频率在1THz电磁波所具有的能量仅仅在毫电子伏特数量级，因此不会导致光致电离，因此可以放心地应用于生物样品的检测及旅客的安检。（3）光谱分辨能力强：虽然太赫兹拥有非常小的光子能量，却囊括了许多光谱信息。太赫兹此频段具有明显的吸收及色散特性。太赫兹波吸收器是一种非常重要的太赫兹波功能器件，其在太赫兹波成像、太赫兹波医学诊断、太赫兹波通信、太赫兹波空间天文学等太赫兹波应用领域都有着广阔的应用前景，但是现有的太赫兹波吸收器结构复杂、制作困难、窄带吸收，响应速度慢。因此迫切需要研究出一种结构简单、制作方便、效率高的太赫兹波吸收器来满足太赫兹实际应用的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供宽带石墨烯太赫兹可调吸收器及其方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于包括太赫兹波输入端、第一石墨烯微结构层、第一硅介质层、第二石墨烯微结构层、第二硅介质层、金属条带层、太赫兹波输出端以及外加电压源。所述的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的周期结构正视图为正方形，正方形边长为50μm~60μm。第一石墨烯微结构层为石墨烯，厚度为0.34nm~1.0nm，顶层石墨烯微结构单环边长为24μm~26μm，宽度为2μm~4μm。第一介质层边长为50μm~60μm，厚度为1μm~2μm，相对介电常数为11.9。第二石墨烯微结构层为石墨烯，厚度为0.34nm~1.0nm，该层石墨烯微结构由一个石墨烯方环和一个石墨烯实心方形组成，石墨烯方环长度为30μm~32μm，方环宽度为3μm~5μm，实心方形宽度为24μm~26μm。第一介质层边长为50μm~60μm，厚度为1μm~2μm，相对介电常数为11.9。第二硅介质层边长为50μm~60μm，厚度为3μm~5μm，相对介电常数为11.9。宽带石墨烯太赫兹可调吸收器及其方法：当太赫兹波从太赫兹波输入端输入时，在第一石墨烯微结构与第二石墨烯微结构层有外加电压条件下，即石墨烯费米能级Ef=0.1eV时，吸收器实现了0.65THz~1.30THz范围内吸收率超过90%的0.65THz带宽；当改变太赫兹波的入射角度从0°~45°时，宽带石墨烯太赫兹可调吸收器均可保持70%以上的吸收率。当改变第一石墨烯微结构与第二石墨烯微结构层的外加电压条件，由于第一石墨烯微结构与第二石墨烯微结构层的载流子浓度改变从而导致其电导率迅速发生变化，此时第一石墨烯微结构（4）与第二石墨烯微结构层呈现金属性，石墨烯费米能级Ef=0.2eV时，吸收器实现了0.66THz~1.30THz范围内吸收率超过89.5%的0.64THz带宽。当石墨烯费米能级Ef=0.3eV时，吸收器实现了0.72THz~1.32THz范围内吸收率超过89%的0.5THz带宽。本专利技术的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器具有结构简单紧凑，制作方便，响应速度快，调节方便，满足在太赫兹波成像、医学诊断、环境监测、宽带移动通信等领域应用要求。附图说明图1是宽带石墨烯太赫兹可调吸收器的三维示意图；图2是宽带石墨烯太赫兹可调吸收器第一石墨烯微结构层与第二石墨烯微结构层结构示意图；图3是宽带石墨烯太赫兹可调吸收器改变第一层石墨烯方环长度a吸收性能图；图4是宽带石墨烯太赫兹可调吸收器改变第二层石墨烯方环长度b吸收性能图；图5是宽带石墨烯太赫兹可调吸收器改变第二层石墨烯实心方形宽度c吸收性能图；图6是宽带石墨烯太赫兹可调吸收器的不同费米能级时吸收器吸收性能对比图；图7是是宽带石墨烯太赫兹可调吸收器不同入射角度时吸收器吸收性能对比图。具体实施方式宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于包括太赫兹波输入端1、第一石墨烯微结构层2、第一硅介质层3、第二石墨烯微结构层4、第二硅介质层5、金属条带层6、太赫兹波输出端7以及外加电压源8。所述的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的周期结构正视图为正方形，正方形边长为50μm~60μm。第一石墨烯微结构层2为石墨烯，厚度为0.34nm~1.0nm，第一石墨烯微结构单环边长为24μm~26μm，宽度为2μm~4μm。第一介质层3边长为50μm~60μm，厚度为1μm~2μm，相对介电常数为11.9。第二石墨烯微结构层4为石墨烯，厚度为0.34nm~1.0nm，该层石墨烯微结构由一个石墨烯方环和一个石墨烯实心方形组成，石墨烯方环长度为30μm~32μm，方环宽度为3μm~5μm，实心方形宽度为24μm~26μm。第一介质层3边长为50µμm~60μm，厚度为1μm~2μm，相对介电常数为11.9。第二硅介质层5边长为50µm~60μm，厚度为3μm~5μm，相对介电常数为11.9。宽带石墨烯太赫兹可调吸收器及其方法：当太赫兹波从太赫兹波输入端1输入时，在第一石墨烯微结构2与第二石墨烯微结构层4有外加电压条件下，即石墨烯费米能级Ef=0.1eV时，吸收器实现了0.65THz~1.30THz范围内吸收率超过90%的0.65THz带宽；当改变太赫兹波的入射角度从0°~45°时，宽带石墨烯太赫兹可调吸收器均可保持70%以上的吸收率。当改变第一石墨烯微结构2与第二石墨烯微结构层4的外加电压条件，由于第一石墨烯微结构4与第二石墨烯微结构层4的载流子浓度改变从而导致其电导率迅速发生变化，此时第一石墨烯微结构4与第二石墨烯微结构层4呈现金属性，石墨烯费米能级Ef=0.2eV时，吸收器实现了0.66THz~1.30THz范围内吸收率超过89.5%的0.64THz带宽。当石墨烯费米能级Ef=0.3eV时，吸收器实现了0.72THz~1.32THz范围内吸收率超过89%的0.5THz带宽。实施例1宽带石墨烯太赫兹可调吸收器：所述的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的周期结构正视图为正方形，正方形边长为50μm。第一石墨烯微结构层为石墨烯，厚度为1.0nm，第一石墨烯微结构单环边长为25μm，宽度为3μm。第一介质层边长为50μm，厚度为1μm，相对介电常数为11.9。第二石墨烯微结构层为石墨烯，厚度为1.0nm，该层石墨烯微结构由一个石墨烯方环和一个石墨烯实心方形组成，石墨烯方环长度为31μm，方环宽度为5μm，实心方形宽度为25μm。第二硅介质层5边长为50μm，厚度为4μm，相对介电常数为11.9。由于该宽带石墨烯太赫兹可调吸收器后面有金属薄膜层存在，因此太赫兹波不能透射出去。第一层石墨烯方环长度a与吸收器吸收性能的变化关系如图3所示，石墨烯费米能级Ef=0.1eV，当第一层石墨烯方环长度a=24μm时，吸收器在0.68THz~1.3TH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于包括太赫兹波输入端（1）、第一石墨烯微结构层（2）、第一硅介质层（3）、第二石墨烯微结构层（4）、第二硅介质层（5）、金属条带层（6）、太赫兹波输出端（7）以及外加电压源（8）。

【技术特征摘要】
1.宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于包括太赫兹波输入端（1）、第一石墨烯微结构层（2）、第一硅介质层（3）、第二石墨烯微结构层（4）、第二硅介质层（5）、金属条带层（6）、太赫兹波输出端（7）以及外加电压源（8）。2.如权利要求1所述的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的周期结构正视图为正方形，正方形边长为50μm~60μm。3.如权利要求1所述的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的第一石墨烯微结构层（2）为石墨烯，厚度为0.34nm~1.0nm，顶层石墨烯微结构单环边长为24μm~26μm，宽度为2μm~4μm。4.如权利要求1所述的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的第一介质层（3）边长为50μm~60μm，厚度为1μm~2μm，相对介电常数为11.9。5.如权利要求1所述的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的第二石墨烯微结构层（4）为石墨烯，厚度为0.34nm~1.0nm，该层石墨烯微结构由一个石墨烯方环和一个石墨烯实心方形组成，石墨烯方环长度为30μm~32μm，方环宽度为3μm~5μm，实心方形宽度为24μm~26μm。6.如权利要求1所述的宽带石墨烯太赫兹可调吸收器，其特征在于所述的第一介质层（3）边长为50μm~...

【专利技术属性】
技术研发人员：李九生，李绍和，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33