一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面制造技术

本发明专利技术公开了一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，由多个单元呈周期性排布构成，每个单元结构相同，每个单元均包括衬底，衬底由聚酰亚胺组成，衬底上面设置有结构A和结构B，结构A和结构B均由石墨烯构成且结构A和结构B平行设置。衬底的横切面为矩形。衬底的周期为200

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面


[0001]本专利技术属于太赫兹光谱应用
，具体涉及一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面。

技术介绍

[0002]电磁超材料是由亚波长的金属或介质材料经周期性或者非周期性排列组成，电磁超材料与入射电磁波的电场和磁场共振耦合，能够表现出一些特殊的电磁响应，创造出天然材料无法实现的性质，如负折射率材料、零折射率材料、和超高折射率材料等。电磁超表面，简称为“超表面”，是由电磁超材料衍生出来的概念，其可以看作是三维超材料的二维平面形式，将超材料的基本单元结构按照一定的序列或者规律排列在平面上便构成了二维的超表面。相比于三维超材料，超表面具有更小的质量和体积，对进一步缩小光学器件的尺寸具有重要意义。其次，超表面的加工难度及加工成本都大幅度减小。过去的几年中，超表面常用于光学器件和光学系统的设计和制造，其性能远远超过传统衍射光学元件，目前超表面已经成为了超材料研究的一个重要分支，并且在工程上具有巨大的应用潜力。
[0003]太赫兹(Terahertz，简称THz)波是通常被定义为频率在0.1THz
‑
10 THz(波长在3mm
‑
30μm)的电磁波，在电磁波谱中其频谱位于红外电磁波与微波频谱之间，由于其特殊的频率位置，太赫兹波是电子学向光子学的过渡区，也是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。太赫兹辐射的光子能量低于绝大多数的化学键之间的能量，对大多数电介质具有很好的穿透特性。太赫兹波的频带较宽，许多生物大分子的振动和转动能级都处于太赫兹波段，该波段包含了丰富的光谱信息，有利于研究其它物质在该波段的光谱特性，可以通过特征共振对物质进行探测分辨。太赫兹波还具有辐射能量低、空间分辨率高和宽带光谱分析等优势。因此，太赫兹波在通信、国防安全、生物医疗等领域中具有优异的性能与极大的发展潜力。
[0004]连续域束缚态(Bound states in the continuum，BIC)是开放系统的局域模式，其与可以带走能量的连续辐射波共存。BIC为实现高品质因子(Quality factor,Q factor)共振提供了一种新的途径，在理论上可以实现具有无限高Q因子的共振。BIC的概念首次在量子力学中被提出，后来被推广为一种普遍的波现象，已经在多个领域中得到了实验验证。2008年，Marinica等人以两个平行介质光栅和两个平行介质圆柱为例，首次将BIC的概念引入光学。2011年，Plotnik等利用光波导阵列首次实验观测到与BIC相关的光学现象。理想BIC在频谱中表现为零带宽共振，这只能在无损和无限结构中获得。在实际中，由于材料损耗、器件尺寸制约以及加工缺陷等多方面限制，利用超表面较难实现理想BIC。一般通过将理想BIC转换为具有有限高Q值的准BIC(quasi
‑
BIC)模式来满足应用需求。基于准BIC的高Q值的超表面谐振器在生物化学传感、谐波增强、激光等领域表现出优异的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，解决了现有技术中
存在的超表面谐振器中品质因子低，结构复杂，调谐性能低的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，由多个单元呈周期性排布构成，每个单元结构相同，每个单元均包括衬底，衬底由聚酰亚胺组成，衬底上面设置有结构A和结构B，结构A和结构B均由石墨烯构成且结构A和结构B平行设置。
[0007]本专利技术的特点还在于，
[0008]衬底的横切面为矩形。
[0009]衬底的周期为200
‑
240μm，高度为4
‑
8μm。
[0010]结构A、结构B均匀排布设置于衬底上表面，结构A、结构B的横切面均为矩形。
[0011]结构A、结构B的高度相等，均为0.34
‑
10nm。
[0012]结构A、结构B在x方向上的长度均相等，均为16
‑
24μm。
[0013]衬底、结构A、结构B在y方向上的长度均相等，均为200
‑
240μm。
[0014]在引入扰动之前，结构A、结构B几何中心之间的距离为单元周期大小的一半。
[0015]本专利技术的有益效果是，一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，通过引入周期上的扰动，使得单元结构的最小周期发生变化，进而能够实现可调谐准BIC共振，相较于具有金属超材料以及全介质超材料，金属存在不可避免的欧姆损耗，而全介质的可调谐性能较弱，而基于连续域束缚态的石墨烯超表面能够在太赫兹频段实现1000品质因子以上的谐振，同时能够实现调谐，此外不需要复杂的结构单元或者多层超材料堆叠，具有较高的稳定性。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面的单元三维结构线图；
[0017]图2是本专利技术一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面的单元俯视图；
[0018]图3是本专利技术一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面扰动的引入方式；
[0019]图4是本专利技术一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面在石墨烯费米能级为1.5eV条件下，太赫兹波垂直入射时的透射谱；
[0020]图5是本专利技术一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面在太赫兹波垂直入射情况下，不同的石墨烯费米能级对应的透射谱；其中，图5(a)为石墨烯费米能级分别为0.01eV,0.1eV,0.2eV,0.25eV,0.34eV时对应的透射谱，图5(b)石墨烯费米能级分别为0.35eV,0.45eV,0.55eV,0.65eV,0.75eV时对应的透射谱；
[0021]图6是本专利技术一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面在太赫兹波垂直入射情况下，不同的石墨烯费米能级对应的谐振品质因子。
[0022]图中，1.衬底，2.结构A，3.结构B。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0024]本专利技术一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，结构如图1～图2所示，由多个单元呈周期性排布构成，每个单元结构相同，每个单元均包括衬底1，衬底1由聚酰亚胺组成，衬底1上面设置有结构A2和结构B3，结构A2和结构B3均由石墨烯构成且结构A2和结构B3平行设置，由于聚酰亚胺材料具有柔性的特点，使得本专利技术一种基于连续域束缚态的石墨烯
超表面具有可弯曲，可共形的优势。
[0025]衬底1的横切面为矩形，也就是说衬底1的横切面可以为正方形、长方形等。
[0026]衬底1的周期为200
‑
240μm，高度为4
‑
8μm，当周期为200
‑
240μm，高度为4
‑
8μm时，衬底1对石墨烯层可以起到良好的支撑效果，同时具有较低的损耗。
[0027]结构A2、结构B3均匀排布设置于衬底1上表面，结构A2、结构B3的横切面均为矩形。结构A2、结构B3的高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，其特征在于，由多个单元呈周期性排布构成，每个所述单元结构相同，每个单元均包括衬底(1)，衬底(1)由聚酰亚胺组成，衬底(1)上面设置有结构A(2)和结构B(3)，结构A(2)和结构B(3)均由石墨烯构成且结构A(2)和结构B(3)平行设置。2.根据权利要求1所述的一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，其特征在于，所述衬底(1)的横切面为矩形。3.根据权利要求1所述的一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，其特征在于，所述衬底(1)的周期为200
‑
240μm，高度为4
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8μm。4.根据权利要求1所述的一种基于连续域束缚态的石墨烯超表面，其特征在于，所述结构A(2)、结构B(3)均匀排布设置于衬底(1)上表面，结构A(2)、结构B...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玥，张达篪，
申请(专利权)人：陕西太奕启创光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：