【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹吸波器，具体涉及一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器。
技术介绍
1、太赫兹波的频率范围一般在0.1thz到10thz，波长范围大概在0.03mm到3mm，介于微波与红外之间，该波处于低能量电子学与高能量光子学之间的过渡波段，是目前公认具有优良特性的电磁波段。
2、太赫兹吸波器是一种重要的太赫兹功能器件，依照其吸波特性可以大致分为窄带吸波器、宽带吸波器和多频带吸波器。太赫兹吸波器在热发射器、太阳能电池和隐形斗篷方面显示出了广阔的应用前景。
3、太赫兹吸波器通常被设计为周期性排列的顶部金属图案-中间介质层-金属底板层的三层结构，并且通常使用金、银等作为金属的材料，但是传统的太赫兹吸波器存在吸收波段窄以及吸收波段不可调的问题，在应用上会受到限制。因此近年来，有大量的研究人员在太赫兹吸波器中加入石墨烯、二氧化钒、液晶等可调材料，致力于研发出吸收频段宽，以及吸收频段可调的太赫兹吸波器。
4、石墨烯作为一种优良的活性材料二维材料，由六边形晶格中的碳原子周期性阵列组成，可以通过化学掺杂或施加外部偏置电压来改变其表面电导率，从而具有优异的动态可调谐性，为设计太赫兹多功能吸波器提供了新的思路。
5、二氧化钒作为一种活性材料，可以在约340k时从绝缘状态变为金属状态，其电导率随温度的升高，可从20s/m变化到2×105s/m，且状态可逆，所以二氧化钒对于实现可切换和可调功能器件具有显著的吸引力。
6、文献cn 114498060 a公开了一种基于石墨烯和二氧化钒的宽窄
7、文献cn 113078474 a公开了一种石墨烯-二氧化钒超材料吸波器及可调谐太赫兹器件，实现了宽带吸收，但该文献不能实现宽带吸收和双频带吸收的转换，且吸收带宽小于本专利技术的4.12thz。
8、文献cn 114498060 a公开了一种集窄带和宽带于一体二点石墨烯-二氧化钒可调谐吸波器，可以实现宽带吸收和窄带吸收的转换，但该文献不能实现宽带吸收和双频段吸收的转换。
9、文献cn 214849067 u公开了一种基于宽带太赫兹吸波器实现了1.5thz-3.5thz的宽带吸收，但该技术不能实现宽带到双频段的转换，且宽带吸收性能弱于本专利技术。
10、本专利技术提出的一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器具有结构简单，易于加工，并且二氧化钒层(3)可通过改变温度来调节电导率，同时石墨烯层(5)还可以通过化学掺杂或施加外部偏置电压来调节费米能级，实现宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器。
技术实现思路
1、针对目前吸波器结构复杂，吸收频段窄和吸收频段调控难的缺点，本专利技术提供了一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器。
2、本专利技术提供的一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器是这样实现的：
3、所述的是一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器。其特征是：一种宽带吸收和双频段吸收可调谐的吸波器，从下向上依次为金属层(1)、介质层1(2)、由3个大小不一的空心正方形二氧化钒旋转45°组成的二氧化钒层(3)、介质层2(4)以及由空心正方形和十字形的石墨烯组成的石墨烯层(5)堆叠而成。
4、所述的一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器的周期p＝33.5μm。
5、所述的金属层(1)的材料为金，电导率为4.561e7s/m，厚度d1＝0.1μm。该金属作为一个反射层，可以确保所有入射的电磁波都被反射。
6、所述的所述介质层1(2)和介质层2(4)的介电常数都为ε＝2.41，介质层的材料为聚乙烯环烯烃共聚物(topas)，topas是一种透明、坚硬的非晶热塑性共聚物，具有优越的光学性能，适用于先进的太赫兹应用，厚度分别为d2＝13.5μm，d4＝14μm。
7、所述的二氧化钒层(3)由3个大小不一的空心正方形二氧化钒旋转45°组成，外围空心正方形二氧化钒外侧长度w1＝23μm，内侧长度g1＝20μm，中间空心正方形二氧化钒外侧长度w2＝14μm，内侧长度g2＝11μm，内部空心正方形二氧化钒的外侧长度w3＝6μm，内侧长度g3＝2.5μm，所述的二氧化钒层(3)厚度d3＝0.6μm。其介电常数在thz波段可以由drude模型描述，其公式为：
8、
9、式中ε∞＝12是高频下的介电常数，ωp(σ)是与传导相关的等离子体频率，γ＝5.75×1013rad/s是碰撞频率，σ为电导率。ωp和σ的关系为：
10、
11、式中ωp(σ0)＝1.4×1015rad/s,σ0＝3×105s/m，与电导率σ无关。
12、所述的二氧化钒层(3)的电导率σ＝2×105s/m，且石墨烯层(5)的费米能级ef＝0ev时，在1.36thz-5.48thz范围内有宽达4.12thz的宽带吸收，并且有超过90％的吸收率。此外，在1.61thz，3.75thz和5.22thz处有接近100％的吸收峰。由于金属层(1)的存在，该专利技术能够在较宽的频率范围内实现吸收器和反射器的调谐。
13、所述的石墨烯层(5)由空心正方形和十字形的石墨烯组成，空心正方形外侧长度l1＝29μm，内侧长度l2＝17μm，十字形长度p＝33.5μm，l3＝6μm，石墨烯层(5)的电导率可以用kubo公式表示：
14、σ＝σintra+σinter (3)
15、
16、
17、其中，kb为玻尔兹曼常数，为简化的普朗克常数，t为开尔文温度，ω为角频率，ef为费米能级，τ为弛豫时间，τ＝0.1ps。
18、当石墨烯层(5)费米能级为ef＝1ev，且二氧化钒层(3)的电导率σ＝20s/m时，可以实现双频段吸收。第一个频带的吸收范围是1.38thz-2.47thz，第二个频带的吸收范围是5.03thz-5.63thz，其中在2thz和5.3thz的频率下，有两个完美的吸收峰。
19、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
20、1、所述吸波器二氧化钒的电导率σ＝2×105s/m时，石墨烯的费米能级ef＝0ev，在1.36thz-5.48thz波段实现宽度为4.12thz的大于90％的电磁波吸收，相比于现有的宽带吸波器，具有吸收效率高，吸收带宽的特点。
21、2、所述吸波器石墨烯费米能级为ef＝1ev，二氧化钒的电导率σ＝20s/m时，可以实现双频段吸收，第一个频带的范围是1.38thz-2.47thz，第二个频带是5.03thz-5.63thz，其中在2thz和5.3thz的频率下，有两个完美的吸收峰。
22、3、所述吸波器通过改变二氧化钒电导率和石墨烯的费米能级，从而实现宽带吸收和双频带吸收的转换，具有可调性。...
【技术保护点】
1.一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：一种宽带吸收和双频段吸收可调谐的吸波器，从下向上依次为金属层(1)、介质层1(2)、由3个大小不一的空心正方形二氧化钒旋转45°组成的二氧化钒层(3)、介质层2(4)以及由空心正方形和十字形的石墨烯组成的石墨烯层(5)堆叠而成。
2.根据权利要求1所述的一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：一种宽带和双频段可调谐太赫兹吸波器的周期p＝33.5μm。
3.根据权利要求1所述的一种宽带和双频带可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：所述金属层(1)的材料为金，电导率为4.561e7S/m，厚度d1＝0.1μm，该金属作为一个反射层，可以确保所有入射的电磁波都被反射。
4.根据权利要求1所述的一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：所述介质层1(2)和介质层2(4)的介电常数都为ε＝2.41，介质层的材料为聚乙烯环烯烃共聚物(Topas)，Topas是一种透明、坚硬的非晶热塑性共聚物，具有优越的光学性能，适用于先进的太赫兹应用，厚度分别为d2＝13.5μm，d4＝14μm。
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6.根据权利要求1所述的一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：所述的石墨烯层(5)由空心正方形和十字形的石墨烯组成，空心正方形外侧长度l1＝29μm，内侧长度l2＝17μm，十字形长度p＝33.5μm，l3＝6μm。
...【技术特征摘要】
1.一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：一种宽带吸收和双频段吸收可调谐的吸波器，从下向上依次为金属层(1)、介质层1(2)、由3个大小不一的空心正方形二氧化钒旋转45°组成的二氧化钒层(3)、介质层2(4)以及由空心正方形和十字形的石墨烯组成的石墨烯层(5)堆叠而成。
2.根据权利要求1所述的一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：一种宽带和双频段可调谐太赫兹吸波器的周期p＝33.5μm。
3.根据权利要求1所述的一种宽带和双频带可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：所述金属层(1)的材料为金，电导率为4.561e7s/m，厚度d1＝0.1μm，该金属作为一个反射层，可以确保所有入射的电磁波都被反射。
4.根据权利要求1所述的一种宽带和双频段可调谐的太赫兹吸波器，其特征是：所述介质层1(2)和介质层2(4)的介电常数都为ε＝2.41，介质层的材料为聚乙烯环...
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