本文提出一种基于单层石墨烯的太赫兹（THz）频段可调带宽吸收器，通过调节石墨烯化学势实现带宽动态控制。吸收器由单层石墨烯、介质层和金属反射器组成，结构简单且偏振无关。数值模拟显示，在0.1-1.0 THz范围内吸收率超90%，带宽可调范围达0.23-0.83 THz。
 
 
图1.吸收体的晶胞结构。
 
 
图2。(a) 圆形石墨烯的吸收光谱 (b) 框架石墨烯的吸收光谱。
 
 
图3。 (a) 吸收体的吸收光谱 (b) 吸收体的相对阻抗。
 
 
图4。(a) 不同E的吸收光谱 (b) (a)的局部放大图。
 
 
图5。(a) 吸收剂在弛豫时间内的扫描光谱。
 
 
图6。吸收剂的电场分布 (a) TE模式 3.7 THz (b) TE模式 4.8 THz (c) TE模式 5.7 THz (d) TM模式 3.7 THz (e) TM模式 4.8 THz (f) TM模式 5.7 THz。
 
 
图7。(a) D2的扫描光谱 (b) R的扫描光谱 (c) T的扫描光谱
 
 
图8。 (a) 不同入射角度的吸收光谱 (b) 不同偏振状态下的吸收光谱。
  
‌研究背景‌
THz技术在通信、成像及生物医学等领域潜力巨大，但受限于功能器件匮乏。传统吸收器存在带宽固定、调节复杂等问题。石墨烯因其可调化学势（通过电学/光学方法调控）及优异光电性能，成为实现可调THz吸收器的理想材料。
‌结构与性能‌
吸收器采用三层设计：单层石墨烯（调控核心）、介质层（介电常数可优化）、金属反射层（全反射基底）。通过有限元法模拟验证，化学势升高时吸收峰向高频移动，带宽随之扩展。例如，化学势从0.2 eV增至0.8 eV时，带宽由0.23 THz扩展至0.83 THz，且对入射光偏振状态无敏感响应。
‌应用价值‌
该设计兼具高吸收率、宽动态调节范围及结构简化优势，解决了传统器件功能单一、制备复杂等问题，为THz通信、成像等场景提供了高效可调的器件方案。
创新点总结
1.‌动态带宽调控机制‌
通过调节石墨烯的化学势（电学/光学方法），实现吸收器带宽在 ‌0.23–0.83 THz‌ 范围内连续可调，突破传统固定带宽吸收器的限制，提供灵活的太赫兹（THz）波管理方案。
2.‌偏振无关特性‌
吸收器对入射光偏振状态无敏感响应，解决了传统器件因偏振依赖性导致的适用场景受限问题，适用于复杂偏振环境（如无线通信、成像）。
3.‌单层石墨烯简化结构‌
仅采用单层石墨烯结合介质层和金属反射器的三层设计，结构简单且易于制备，降低传统多层级联或复杂材料结构的工艺成本。
4.‌高性能吸收效率‌
在 ‌0.1–1.0 THz‌ 频段内实现超过 ‌90%‌ 的吸收率，兼顾宽频带与高吸收性能，满足THz技术对高效器件的需求。
5.‌化学势驱动的频移效应‌
创新性地利用化学势调节石墨烯电导率，使吸收峰随化学势升高向高频移动，同步扩展带宽，为动态光谱控制提供新方法。
6.‌全反射基底优化‌
金属反射器（如金/银）通过全反射增强吸收效率，简化了传统谐振腔或周期性结构的设计复杂性。

转自《石墨烯研究》公众号