چکیده
جذب امواج الکترومغناطیسی به دلیل ماهیت همه گیرش که از فرکانس های میکروویو تا نور را در هر دو ناحیه خطی و غیرخطی دربر می گیرد، همواره توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در همین زمان، جداسازی تجربی مواد دوبعدی اخیرا روشن ساخته است که چطور تک لایه ها به دلیل خصوصیات اپتیکی و جذبی بی سابقه شان، می توانند بسیار جالب توجه باشند. بخصوص گرافن که نسخه دوبعدی گرافیت است، مقدار جذب بسیار بالایی ( ~2.3%) را در محدوده مرئی (1) در مقایسه با فلزات یا مواد دی الکتریک دارد.
در این مقاله ما به مرور و توضیح افزایش جذب در نانوساختارهای فوتونیکی می پردازیم که شامل ورقه های تک لایه ای و چندلایه ای گرافن می شوند. ما بر تفاوت ها از نظر پیکربندی ها و استراتژی های پیشنهادی در مقالات تاکید می کنیم. سپس به بیان جزئیات مربوط به عملکرد اپتیکی توری های یک بعدی گرافنی می پردازیم که از تشدیدهای مد هدایت شده پشتیبانی می کنند و نشان می دهیم چطور می توان به وسیله بازتابنده های دی الکتریک و فلزی یا سوپرسلول های مهندسی شده، محدوده جذب کل آنها را به صورت تئوری و تجربی از 2.3% به مقدار جذب بی نقص تغییر داد.
-1مقدمه
جاذب های اپتیکی دستگاه های لازمی برای کاربردهای مهمی چون آشکارسازهای فوتونی، سنسورها، فوتوولتایی ها، مدولاتورهای فضایی نور و سیستم های استتار اپتیکی هستند. بعلاوه در این کاربردها، جاذب های اپتیکی بی نقص نقش بسیار مهمی را به دلیل امکان دستیابی به یک جذب 100% ایفا می کنند چرا که کانال های انتشار نور (یعنی کانال های بازتابش، عبور و پراش) را متوقف می سازند.
در این فضا، مواد دوبعدی به دلیل خصوصیات اپتیکی بی نظیرشان می توانند سهم مهمی را داشته باشند. در بین آنها، گرافن تک لایه (یک تک لایه اتم کربن که در یک شبکه شش گوش آرایش یافته اند) جذب اپتیکی قابل توجهی را نشان می دهد که حدود 2.3% در محدوده مرئی است (2) و به پارامترهای مواد بستگی ندارد بلکه تنها به ثابت های بنیادی وابسته است. اگر ضخامت گرافن در نظر گرفته شود (برابر 0.34 mm)، می تواند جذب اپتیکی بی نقص یا بهبودیافته را بیشتر و موثرتر افزایش دهد.
تاکنون، راه حل های مختلفی بر اساس سیستم های جذب همدوس بی نقص (CPA)(3و5)، کریستال های فوتونی یک بعدی (6) و پیکربندی صفحه سالیسبوری (7-10) بعنوان چند نمونه پیشنهاد شده اند.
در این مقاله، ما افزایش جذب در نانوساختارهای فوتونی را که شامل ورقه های تک لایه و چندلایه گرافن می شوند آنالیز خواهیم کرد و به تفاوت پیکربندی ها و استراتژی های پیشنهادی در مقالات می پردازیم. سپس بطور مفصل به توضیح طراحی، ساخت و تعیین مشخصات توری های جاذب یک بعدی گرافنی اپتیکی می پردازیم که از تشدیدهای مد هدایت شده بهره می برند (11-12) تا به افزایش اپتیکی بی نقص یا جذب کل نور (TLA) دست یابند…