一种基于花瓣形石墨烯材料的太赫兹宽带可调吸波器
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种基于花瓣形石墨烯材料的太赫兹宽带可调吸波器。
背景技术
太赫兹波一般是指频率介于0.1～10THz范围内的电磁波，位于红外波和微波之间。由于太赫兹波具有许多独特性质，如瞬态性、宽带性、低能性、相干性等，使得它在基础研究领域、工业应用领域、医学领域、军事领域、生物领域以及通信领域中都具有重要的应用前景。目前，太赫兹波产生源与太赫兹波检测被公认为是制约太赫兹技术发展的两大关键问题。而太赫兹波的吸收和能量捕获是实现太赫兹检测的基础，也是太赫兹波标定、调控、转换和应用的核心问题。因此，太赫兹宽带吸波技术成为了当前太赫兹技术领域研究的热点之一。
近年来，国内外研究的太赫兹吸波器主要通过改变几何参数来实现可调功能，这样就限制了吸波器的灵活应用功能，而且成本较高。所以设计一种能够灵活调节太赫兹波吸收率的吸波器是非常必要的。针对上述缺点，本发明提出了一种外置偏压来调节吸收率的吸波器，其控制方法新颖、结构简单紧凑，成本低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种随外界电压变化可实现吸收效率改变的宽带可调吸波器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于花瓣形石墨烯材料的太赫兹宽带可调吸波器，其特征在于，包括若干个结构单元，单元结构包括底层金属(1)、中间介质层(2)和顶层石墨烯薄膜(3)，底层金属(1)、中间介质层(2)和顶层石墨烯薄膜(3)的几何中心重合，所述顶层石墨烯薄膜(3)的结构为花瓣状结构，所述花瓣状结构包括八个几何形状完全相同的梭形，所述梭形一端与单元结构中心重合另一端呈放射状布置且相邻夹角为45度，且相邻梭形之间有重叠。
所述若干个结构单元周期性排列。
所述若干个结构单元周期性排列，具体为：若干个单元结构的边长相等。
所述底层金属(1)为金、银、铜或铝，厚度为0.2～500微米。
所述中间介质层(2)为二氧化硅，厚度为30微米。
所述顶层石墨烯薄膜(3)为单层原子排列结构。
所述底层金属(1)作为反射镜使用。
通过控制外加电压(偏压)，控制石墨烯的费米能级，从而改变石墨烯的光学响应，进而改变吸波器的吸收率，实现调幅的亚波长太赫兹吸波器。由于花瓣状结构的石墨烯片对水平和竖直极化不敏感，本发明可以实现大角度的吸收。
与现有技术相比，本发明具有如下的效果和优点：结构简单，易于制造，通过控制外置偏压可实现宽带吸收率调谐，且具有极化不敏感、大入射角等特点，在性能上超越传统的吸波器。
附图说明
图1：本发明实施例的单元结构示意图。
图2：本发明实施例的单元结构俯视图。
图3：本发明顶层花瓣状结构石墨烯的局部示意图。
图4：本发明实施例0.9eV费米能级的吸收曲线图。
图5：本发明实施例0～0.9eV不同费米能级的吸收曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参照图1的一种基于花瓣形石墨烯材料的太赫兹宽带可调吸波器，其特征在于，包括若干个结构单元，单元结构包括底层金属(1)、中间介质层(2)和顶层石墨烯薄膜(3)，底层金属(1)、中间介质层(2)和顶层石墨烯薄膜(3)的几何中心重合，所述顶层石墨烯薄膜(3)的结构为花瓣状结构，所述花瓣状结构包括八个几何形状完全相同的梭形，所述梭形一端与单元结构中心重合另一端呈放射状布置且相邻夹角为45度，且相邻梭形之间有重叠。底层金属(1)采用铜，厚度为0.2微米，其电导率为4.56×107S/m。中间介质层(2)采用二氧化硅，厚度为30微米。单元结构边长的形貌参照图2所示，单元结构边长为
图4为通过有限频域差分方法计算出的不同极化波正入射时吸波器的吸收率。这里设定石墨烯的化学势为0.9eV，驰豫时间为0.1ps。可以看出本发明吸波器的结构对入射的太赫兹波具有较强吸收特性，吸收率大于90％的带宽达0.83THz，相对带宽约为64.1％，并且该吸波器对极化方式不敏感，在水平极化和垂直极化下的吸收率完全相同。
如图5所示，当维持本实施例几何参数固定时，将石墨烯的费米能级从0eV增加到0.9eV，所述吸波器的吸收率能够在20％～100％范围内调节，且费米能级越大，所述吸波器的吸收率也越大，是一种性能良好的吸收率可调的新型宽带吸波器。
