CN206558698U - 基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器 - Google Patents
基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206558698U CN206558698U CN201620650416.2U CN201620650416U CN206558698U CN 206558698 U CN206558698 U CN 206558698U CN 201620650416 U CN201620650416 U CN 201620650416U CN 206558698 U CN206558698 U CN 206558698U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- absorbing device
- wave absorbing
- surface plasma
- wave
- graphenic surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器，属于太赫兹技术领域的吸波器件，利用了石墨烯表面等离子体特性。该吸波器件为三维周期性结构，其结构组成为：金构成的金属基底（1），二氧化硅介质层（2），和十字形石墨烯层（3）。本实用新型主要通过有限元方法计算模拟出石墨烯对太赫兹波的吸收频谱，对吸波器件结构进行优化，得到理想的宽带吸波效果。本实用新型结构简单，易于加工；仅通过叠加两层十字形石墨烯材料便可实现吸收效率在90%以上，带宽为2.2THz的吸波器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器，属于石墨烯材料在太赫兹波段应用领域。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz间的电磁波，在毫米波和红外线之间，同时具有这两个波段的部分特性。随着太赫兹技术在通信、成像、传感等方面的应用，引起了人们对太赫兹技术的极大关注。目前在自然界中很少有材料可以应用于这一波段，主要是缺少有效的太赫兹源和探测器，近年来为了提高太赫兹探测器件的探测效率和灵敏度，科研人员开始将太赫兹波吸波材料的研究放在至关重要的位置，其中基于超材料的太赫兹吸波材料的研究是一个重要方向，通过改变结构单元的尺寸，可以使材料作用于太赫兹频段，从而作为一种太赫兹吸波器件。
吸波材料是一种可以将入射到材料表面的电磁波转换为热能或其他形式能量的一类材料，可减少电磁波的透射和反射，从而实现对电磁波的吸收。目前典型的吸波器件结构为三明治型：其顶层为周期性超材料图案，中间是一层非金属介质材料，底层是不透明的金属平面。通过调节单元结构的尺寸来调节吸收峰的位置和吸收效率。在太赫兹波段由于作为常用的表面等离子体材料的金属的介电常数虚部非常大从而不能直接支持表面等离子体，也限制了表面等离子体在太赫兹吸波方面的应用。
相比于传统的金属吸波器，本发明提出的基于石墨烯的太赫兹吸波器具有结构简单，易于加工。由于石墨烯的相对介电常数实部在太赫兹波段为负的，所以在太赫兹波段石墨烯表现出金属的性质，支持表面等离子体激元。作为新材料的石墨烯，在太赫兹波段所展现出的特性，使其成为吸波材料研究的热点。
实用新型内容
本发明设计了一种基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器，提供了一种结构简单，吸收效率高的宽带吸波器，吸收效率在90％以上的带宽为2.2THz，从3.2THz到5.4THz。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器，该吸波器为三维周期性结构，采用两层不同尺寸的十字形石墨烯叠加而成。其结构组成自下而上分别为金属材料金作为反射层，一层二氧化硅衬底，两层不同尺寸的十字形石墨烯以二氧化硅介质隔开。
本技术方案中的基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器件以石墨烯材料为基础，可以通过氧化石墨还原法来制作，器件的加工还包括光刻及刻蚀技术，本发明使用两层不同尺寸的十字形石墨烯为吸收介质。
本发明所述的有益效果是：
1、可实现宽带太赫兹吸波，吸收带宽为2.2THz，吸收效率接近100％。
2、本发明所述的宽带吸波器结构简单，仅采用两层十字形石墨烯便可实现宽带吸收效果。
附图说明
图1为该吸波器件的单元结构示意图
图2为中间十字形石墨烯层俯视图
图3为顶层十字形石墨烯俯视图
图4为该吸波器件的吸收效果图
以上图片中含有：P＝15μm；h＝2μm；d＝8.5μm；d1＝0.5μm；w＝5.25μm；L＝8.4μmW1＝5.25μm；L1＝6μm；
1：金；2：二氧化硅；3：十字形石墨烯。
具体实施方式
图1为基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器件的一个单元结构示意图，采用长和宽为P，厚度h的金作为反射基底，二氧化硅衬底的厚度为d,中间层十字形石墨烯的宽度为w,长度为L，如图2所示；隔离层二氧化硅的厚度为d1，顶层十字形石墨烯的宽度为w1，长度为L1，如图3所示；其中二氧化硅的介电常数设为4，且金的厚度远大于金在太赫兹波段的集肤深度，所以材料金基底可视为完美电导体(PEC)。
该吸波器的工作原理或工作过程可通过如下内容来解释。本实用新型采用厚度为h＝2μm的金作为基底，由于在太赫兹波段金属基底的厚度远大于其集肤深度，所以电磁波不能透射穿过基底，电磁波透射的影响可以忽略不计。在这里可以采用氧化石墨还原法制作一层厚度为1nm的石墨烯薄膜，再转移到二氧化硅介质层上，通过掩膜光刻法得到十字形石墨烯阵列。在太赫兹波段，当太赫兹波垂直入射到十字形石墨烯表面时，可以激发十字形石墨烯的表面等离子体激元(SPPs)，产生局域表面等离子体谐振，增强对电磁波的约束。在这里，十字形石墨烯可看成一个谐振器，如图2和图3所示。其谐振条件可由公式2ksppL+2δ＝2pπ来表示，其中kspp为石墨烯表面等离子体波矢，L为谐振腔长度，δ为谐振腔两端的相位变化，p为整数。当太赫兹波入射到石墨烯表面时，太赫兹能量便被束缚在十字形石墨烯的边界处，使得吸收增强。通过该公式可知，当十字形石墨烯的谐振腔长度L改变时，石墨烯表面等离子体波矢也会发生变化，从而造成吸收峰值频率的变化。利用这一思路可知，当采用两层不同长度的十字形石墨烯阵列时，便可得到不同的吸收峰值，当两层不同长度的十字形石墨烯叠加在一起时，就可以实现宽带的展宽。
图4为采用有限元方法模拟得到的宽带吸收效果图。在这里通过掺杂的方法使得石墨烯的化学势为1eV，可以看到吸收在90％以上的带宽为2.2THz,从3.2THz到5.4THz。
Claims (4)
1.基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器，其结构组成为以材料金作为反射基底，十字形石墨烯和金属基底以及两层石墨烯之间以二氧化硅介质隔开。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器，其特征在于：中间层十字形石墨烯和底层金之间的距离d为8.5μm，两层石墨烯之间的距离d1为0.5μm。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器，其特征在于：中间层十字形石墨烯的宽度w为5.25μm，长度L为8.4μm。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器，其特征在于：顶层十字形石墨烯的宽度w为5.25μm，长度L1为6μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620650416.2U CN206558698U (zh) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620650416.2U CN206558698U (zh) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206558698U true CN206558698U (zh) | 2017-10-13 |
Family
ID=60368804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201620650416.2U Expired - Fee Related CN206558698U (zh) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206558698U (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107942418A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-20 | 郑州大学 | 一种基于十字形石墨烯材料的太赫兹双波带吸收器及其应用 |
| CN107978871A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-01 | 厦门大学 | 基于石墨烯多谐振结构的极化不依赖宽带太赫兹吸波器 |
| CN109509987A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-22 | 杭州电子科技大学 | 新型二/三维结合双极化超宽带吸波结构 |
| CN111864405A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-10-30 | 浙江科技学院 | 一种双裂环结构石墨烯的吸收器 |
| CN112822932A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-18 | 中国计量大学 | 基于石墨烯与二氧化钒超材料的动态可调双功能器件 |
| WO2021093216A1 (zh) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | 浙江大学 | 一种使用太赫兹波段石墨烯吸收器的样品信号放大方法 |
| CN113178707A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-27 | 西安交通大学 | 一种基于石墨烯的宽带可调太赫兹吸波器 |
| CN115810921A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-03-17 | 中北大学 | 石墨烯/介质多层叠加的柔性太赫兹吸波器及制备方法 |
-
2016
- 2016-06-28 CN CN201620650416.2U patent/CN206558698U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107942418A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-20 | 郑州大学 | 一种基于十字形石墨烯材料的太赫兹双波带吸收器及其应用 |
| CN107942418B (zh) * | 2017-11-14 | 2020-06-12 | 郑州大学 | 一种基于十字形石墨烯材料的太赫兹双波带吸收器及其应用 |
| CN107978871A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-01 | 厦门大学 | 基于石墨烯多谐振结构的极化不依赖宽带太赫兹吸波器 |
| CN109509987A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-22 | 杭州电子科技大学 | 新型二/三维结合双极化超宽带吸波结构 |
| CN109509987B (zh) * | 2018-12-27 | 2020-11-06 | 杭州电子科技大学 | 新型二/三维结合双极化超宽带吸波结构 |
| WO2021093216A1 (zh) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | 浙江大学 | 一种使用太赫兹波段石墨烯吸收器的样品信号放大方法 |
| US11703448B2 (en) | 2019-11-15 | 2023-07-18 | Zhejiang University | Sample signal amplification method using terahertz band graphene absorber |
| CN111864405A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-10-30 | 浙江科技学院 | 一种双裂环结构石墨烯的吸收器 |
| CN112822932A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-18 | 中国计量大学 | 基于石墨烯与二氧化钒超材料的动态可调双功能器件 |
| CN113178707A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-27 | 西安交通大学 | 一种基于石墨烯的宽带可调太赫兹吸波器 |
| CN115810921A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-03-17 | 中北大学 | 石墨烯/介质多层叠加的柔性太赫兹吸波器及制备方法 |
| CN115810921B (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-23 | 中北大学 | 石墨烯/介质多层叠加的柔性太赫兹吸波器的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN206558698U (zh) | 基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器 | |
| CN208173803U (zh) | 一种基于石墨烯与超材料的宽带可调太赫兹吸波器 | |
| Zhou et al. | Tunable broadband terahertz absorber based on graphene metamaterials and VO2 | |
| CN108646325B (zh) | 一种频率可调的石墨烯宽角度太赫兹吸波器 | |
| Ghosh et al. | Tunable graphene-based metasurface for polarization-independent broadband absorption in lower mid-infrared (MIR) range | |
| Zhu et al. | Ultra-broadband terahertz metamaterial absorber | |
| He et al. | Broadband THz absorbers with graphene-based anisotropic metamaterial films | |
| Xiong et al. | An ultrathin and broadband metamaterial absorber using multi-layer structures | |
| Zhu et al. | Graphene geometric diodes for terahertz rectennas | |
| CN107546492A (zh) | 基于双梯形石墨烯的宽带太赫兹吸波器 | |
| Ghosh et al. | Graphene based metasurface with near unity broadband absorption in the terahertz gap | |
| CN106025572B (zh) | 基于局部非周期结构的石墨烯超宽带吸波器 | |
| CN207611869U (zh) | 一种基于双梯形石墨烯的宽带太赫兹吸波器 | |
| Meng et al. | Tunable and multi-channel perfect absorber based on graphene at mid-infrared region | |
| CN107978871A (zh) | 基于石墨烯多谐振结构的极化不依赖宽带太赫兹吸波器 | |
| Lin et al. | Plasmonic absorption enhancement in graphene circular and elliptical disk arrays | |
| CN106356638A (zh) | 基于石墨烯薄膜的吸波率可调型宽带电磁吸波器 | |
| CN107479296A (zh) | 一种可调谐中红外窄带吸收体 | |
| CN208128766U (zh) | 一种基于电加热技术的超宽带透明吸波器 | |
| Guo et al. | Perfect-absorption graphene metamaterials for surface-enhanced molecular fingerprint spectroscopy | |
| CN109411898A (zh) | 一种基于石墨烯的太赫兹双频带可调吸波器的方法 | |
| CN107146955A (zh) | 一种基于石墨烯材料的高效可调的太赫兹吸波器件 | |
| CN104852254B (zh) | 一种宽带表面等离激元辐射器 | |
| CN109037962A (zh) | 双频石墨烯可调太赫兹吸收器 | |
| Chen et al. | Absorption enhancement in double-layer cross-shaped graphene arrays |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171013 Termination date: 20180628 |