一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，包括金属光栅、介质层和石墨烯纳米条带，所述金属光栅具有凹槽，所述介质层内填充有介质，所述介质层位于所述凹槽内，所述介质层与所述金属光栅之间具有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔以所述介质层为中心相对设置，所述石墨烯纳米条带的数量为两个，分别位于所述第一空腔和所述第二空腔上。通过在金属光栅的凹槽中部分填充介质，使铺设在上方的石墨烯纳米条带分别与金属光栅和第一空腔和第二空腔相互作用，共同激发石墨烯表面等离子体共振，实现双通道高效光吸收增强。

A kind of optical structure based on graphene for double channel high efficiency light absorption

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构
本专利技术涉及光电探测、太阳能光热转化及电磁吸收
，尤其涉及一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构。
技术介绍
光电材料的吸收效率很大程度上影响着光电调控、光热转化等领域的光电器件性能。这些器件通过光电材料将吸收的光转化为电能或热能来实现其功能。一般而言，光电材料的吸收效率越高，光电器件的整体性能就越好。因此，为了进一步提升光电器件的性能，提高光电材料的吸收效率成为研究者们关注的热点。总的来说，现有的基于石墨烯提高光吸收效率的器件大多工作在中红外或远红外波段，可应用于可见光-近红外波段光吸收器件的研究较少，且实现的吸收带宽较窄，极小范围内的波长变化都会引起吸收效率的很大改变，不利于器件在光电探测、太阳能光热转化等领域的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，旨在解决应用于可见光-近红外波段光吸收器件的研究较少，且实现的吸收带宽较窄，极小范围内的波长变化都会引起吸收效率的很大改变，不利于器件在光电探测、太阳能光热转化等领域的实际应用的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，包括金属光栅、介质层和石墨烯纳米条带，所述金属光栅具有凹槽，所述介质层内填充有介质，所述介质层位于所述凹槽内，所述介质层与所述金属光栅之间具有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔以所述介质层为中心相对设置，所述石墨烯纳米条带的数量为两个，分别位于所述第一空腔和所述第二空腔上。其中，所述介质层宽度为65nm～85nm。其中，所述石墨烯纳米条带的宽度为20nm～35nm。其中，所述介质层宽度为80nm，所述石墨烯纳米条带的宽度为25nm。其中，所述凹槽的高度等于所述介质层宽度的两倍。其中，所述金属光栅至所述凹槽底部的厚度为2um。其中，所述凹槽的数量为多个，多个所述凹槽以阵列方式均匀分布于所述金属光栅上。其中，所述金属光栅为金、银、铬或铝中的一种。本专利技术的一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，通过所述金属光栅具有凹槽，所述介质层内填充有介质，所述介质层位于所述凹槽内，所述介质层与所述金属光栅之间具有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔以所述介质层为中心相对设置，所述石墨烯纳米条带的数量为两个，分别位于所述第一空腔和所述第二空腔上。通过在金属光栅的凹槽中部分填充介质，使铺设在上方的石墨烯纳米条带分别与金属光栅和第一空腔和第二空腔相互作用，共同激发石墨烯表面等离子体共振，实现双通道高效光吸收增强。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构的结构示意图；图2是本专利技术金属光栅和石墨烯纳米条带的结构示意图；图3为本专利技术中有无石墨烯纳米条带的结构吸收光谱图；图4是本专利技术中改变填充介质宽度的结构吸收光谱图；图5为本专利技术中改变石墨烯纳米条带宽度的结构吸收光谱图；图6为本专利技术中最佳结构参数下共振位置的电场分布图；图中：100-基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构、1-金属光栅、2-介质层、3-石墨烯纳米条带、4-转动组件、11-凹槽、12-第一空腔、13-第二空腔、41-固定件、42-滑动件、43-第一连接件、44-第二连接件、45-驱动件。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。请参阅图2，本专利技术提供一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构100，包括金属光栅1、介质层2和石墨烯纳米条带3，所述金属光栅1具有凹槽11，所述介质层2内填充有介质，所述介质层2位于所述凹槽11内，所述介质层2与所述金属光栅1之间具有第一空腔12和第二空腔13，所述第一空腔12和所述第二空腔13以所述介质层2为中心相对设置，所述石墨烯纳米条带3的数量为两个，分别位于所述第一空腔12和所述第二空腔13上。在本实施方式中，所述金属光栅1为金、银、铬或铝中的一种。所述介质为二氧化硅、氧化镁、二氟化镁或二氧化钛中的一种。所述金属光栅1具有凹槽11，所述凹槽11的数量为多个，多个所述凹槽11以阵列方式均匀分布于所述金属光栅1上，所述凹槽11为矩形金属槽，通过矩形金属槽阵列结构激发金属表面等离子体共振，从而增强与所述石墨烯纳米条带3的相互作用，进一步的激发石墨烯表面等离子体共振，达到增强石墨烯吸收的作用。所述凹槽11的高度h2等于所述介质层2宽度w1的两倍。所述金属光栅1至所述凹槽11底部的厚度h1为2um，大于金属材料在可见光-近红外波段的趋肤深度，因此没有透射光。所述石墨烯纳米条带3作为吸收层，吸收相应波段的入射光。所述金属光栅1和所述介质层2之间设置有所述第一空腔12和所述第二空腔13，用于激发石墨烯表面等离子体共振。在第一空腔12中，通过金属光栅1激发金属表面等离子体共振，与所述第一空腔12上方的所述石墨烯纳米条带3互相作用，从而在可见光波段激发了石墨烯表面等离子体共振；在第二空腔13中，所述石墨烯纳米条带3可看做置于腔中的量子点，当所述石墨烯纳米条带3的宽度与入射光频率达到激发条件时，所述石墨烯纳米条带3在近红外波段受到激发产生局域场增强效应，从而产生共振吸收峰。通过调整所述介质层2内填充的介质和所述石墨烯纳米条带3的宽度，使两种共振耦合更加剧烈，最终实现可见光-近红外波段的双通道高效光吸收。所述金属光栅1阵列周期为200nm，石墨烯费米能级为0.5eV，所述介质层2宽度w1为65nm～85nm，所述石墨烯纳米条带3的宽度w2为20nm～35nm。如图4所示，图4为该结构中改变填充介质宽度的结构吸收光谱图。由图4可见，随着介质宽度w1从65nm增加到85nm，共振峰位置沿着长波长方向移动，即发生红移，左峰的吸收效率逐渐降低，右峰的吸收效率逐渐升高。当介质宽度w1为80nm时，左右峰的峰值差最小，结构的整体吸收效率最高。如图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，其特征在于，/n包括金属光栅、介质层和石墨烯纳米条带，所述金属光栅具有凹槽，所述介质层内填充有介质，所述介质层位于所述凹槽内，所述介质层与所述金属光栅之间具有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔以所述介质层为中心相对设置，所述石墨烯纳米条带的数量为两个，分别位于所述第一空腔和所述第二空腔上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，其特征在于，
包括金属光栅、介质层和石墨烯纳米条带，所述金属光栅具有凹槽，所述介质层内填充有介质，所述介质层位于所述凹槽内，所述介质层与所述金属光栅之间具有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔以所述介质层为中心相对设置，所述石墨烯纳米条带的数量为两个，分别位于所述第一空腔和所述第二空腔上。


2.如权利要求1所述的基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，其特征在于，
所述介质层宽度为65nm～85nm。


3.如权利要求2所述的基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，其特征在于，
所述石墨烯纳米条带的宽度为20nm～35nm。


4.如权利要求3所述的基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，其特征在于，
所述介质层宽度为80nm，所述石墨烯纳米条带的宽度为25nm。


5.如权利要求1所述的基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，其特征在于，
所述凹槽的高度等于所述介质层宽度的两倍。


6.如权利要求5所述的基于石墨烯实现双通道高效光吸收的光学结构，其特征在于，
所述金属光栅至所述凹槽底部的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李传起，李佳钦，陆叶，陈东，刘志强，翟莉敏，覃波，李沼云，
申请(专利权)人：广西师范大学，南宁师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45