本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种可调式近红外宽波段光吸收增强结构。
背景技术：
光探测器作为一种重要的信息感知器件，极大的推动了人类科技发展和信息化进程。广谱探测与成像在卫星遥感、成像及光通信等领域有广阔的应用前景，近红外宽光谱探测器作为其关键部分有十分重要的研究价值。目前，传统的基于碲化汞镉(hgcdte)、砷铟镓(ingaas)等材料的红外探测器，为了提高信噪比，通常需要制冷，导致探测器的体积大、成本高。实现便携、低成本的红外探测是重要的发展趋势。
石墨烯以其独特的机械、电学、光学方面的显著优势，成为目前光探测器领域的研究热点。与传统的半导体材料相比，石墨烯具有零带隙结构，其作为一种广谱探测器，可以实现从紫外波段到太赫兹波段的全谱检测，从而在广谱探测方面优势显著；此外，石墨烯还具有超高的载流子迁移率，且其表面无悬挂键，可以直接与硅基基底通过范德瓦尔斯外延形成异质结，而不用担心传统异质结的晶格失配问题。然而，虽然石墨烯有较强的光与物质相互作用，但由于其原子级的厚度(0.34nm)，导致其极低的吸光率。在可见光及近红外波段，石墨烯的光吸收率仅有2.3％，这极大的限制了石墨烯在光探测器领域的应用。
有鉴于此，实有必要开发一种可调式近红外宽波段光吸收增强结构，用以解决上述问题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种可调式近红外宽波段光吸收增强结构，通过改变外加电压的大小，可以调节其光吸收谱使其满足不同谐振频率范围内的应用需求。
为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种可调式近红外宽波段光吸收增强结构，包括从上至下依次层叠设置的石墨烯层、金属微纳阵列层、介质层及基底层，其中，所述石墨烯层的上方设有从下至上依次布置的下透明导电层、介质绝缘层以及上透明导电层，所述下透明导电层与上透明导电层之间电连接有直流电源。
可选的，所述金属微纳阵列层包括沿一阵列方向依次交替间隔设置的第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列中均由若干等距间隔设置的金属微纳颗粒沿着各自的列队方向布置而成。
可选的，构成所述下透明导电层与上透明导电层的材料为铟锡氧化物或掺铟氧化铟中的至少一种；构成所述介质绝缘层的材料为纳米二氧化钛改性绝缘纸。
可选的，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列中的金属微纳颗粒均为圆柱状结构。
可选的，假定所述第一微纳颗粒列的阵列周期为p1，所述第二微纳颗粒列的阵列周期为p2，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列的总阵列周期为p，则有p＝p1 p2。
可选的，p＝340nm，p1＝180nm，p2＝160nm。
可选的，假定所述第一微纳颗粒列的金属微纳颗粒的直径为w1,所述第二微纳颗粒列的金属微纳颗粒的直径为w2，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列的高度为h，则有w1＝160nm，w2＝140nm，h＝20nm。
可选的，所述基底层由银金属制成。
可选的，所述基底层的厚度为100nm。
可选的，所述介质层为三氧化二铝。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
首先，在金属基底上方放置一个金属微纳阵列，两个金属的电场之间发生很强的交互作用从而产生局域的等离子体激元谐振耦合，将石墨烯与这种结构结合，使得石墨烯表面的局域场增强从而增强了石墨烯的光吸收率；
此外，通过对金属微纳阵列占空比的调整，可以实现石墨烯在特定波段光吸收的增强；
最后，通过改变外加电压的大小，可以调节其光吸收谱使其满足不同谐振频率范围内的应用需求。
附图说明
图1为根据本发明一个实施方式提出的可调式近红外宽波段光吸收增强结构的结构示意图；
图2为单层石墨烯在不同结构中的光吸收率对比图；
图3为双宽度金属微纳阵列、不同宽度金属微纳阵列上单层石墨烯光吸收率对比图；
图4为根据本发明一个实施方式提出的可调式近红外宽波段光吸收增强结构的光吸收调节对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。
在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词是相对于各附图中所示的构造进行定义的，特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化，所以，也不应当将这些或者其他的方位用于解释为限制性用语。
涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
根据本发明的一实施方式结合图1的示出，可以看出，可调式近红外宽波段光吸收增强结构包括从上至下依次层叠设置的石墨烯层11、金属微纳阵列层12、介质层13及基底层14，其中，所述石墨烯层11的上方设有从下至上依次布置的下透明导电层15、介质绝缘层16以及上透明导电层17，所述下透明导电层15与上透明导电层17之间电连接有直流电源18。
进一步地，所述金属微纳阵列层12包括沿一阵列方向依次交替间隔设置的第一微纳颗粒列121与第二微纳颗粒列122，所述第一微纳颗粒列121与第二微纳颗粒列122中均由若干等距间隔设置的金属微纳颗粒沿着各自的列队方向布置而成。
进一步地，构成所述下透明导电层15与上透明导电层17的材料为铟锡氧化物或掺铟氧化铟中的至少一种；构成所述介质绝缘层16的材料为纳米二氧化钛改性绝缘纸。
进一步地，所述第一微纳颗粒列121与第二微纳颗粒列122中的金属微纳颗粒均为圆柱状结构。
进一步地，假定所述第一微纳颗粒列121的阵列周期为p1，所述第二微纳颗粒列122的阵列周期为p2，所述第一微纳颗粒列121与第二微纳颗粒列122的总阵列周期为p，则有p＝p1 p2。
进一步地，p＝340nm，p1＝180nm，p2＝160nm。
进一步地，假定所述第一微纳颗粒列121的金属微纳颗粒的直径为w1,所述第二微纳颗粒列122的金属微纳颗粒的直径为w2，所述第一微纳颗粒列121与第二微纳颗粒列122的高度为h，则有w1＝160nm，w2＝140nm，h＝20nm。
进一步地，所述基底层14由银金属制成。
进一步地，所述基底层14的厚度为100nm。
进一步地，所述介质层13为三氧化二铝。
进一步地，所述介质层13的厚度为55nm。
进一步地，所述金属微纳阵列层12由银金属制成。
进一步地，石墨烯层11的转移至金属微纳阵列层12的方法为基体刻蚀转移法、roll-to-roll转移法、电化学剥离转移法、干式转移法、湿式转移法、机械剥离转移法中的至少一种。
参照图2可以看出，在金属基底上方放置一个金属微纳阵列，两个金属的电场之间发生很强的交互作用从而产生局域的等离子体激元谐振耦合，将石墨烯与这种金属微纳阵列结构结合，使得石墨烯表面的局域场增强从而增强了石墨烯的光吸收率。
参照图3可以看出，在一个最小周期p内设置两个或多个不同宽度的金属微纳阵列，不同几何尺寸的微纳阵列的共振峰出现共振吸收现象，进而表现出宽谱高光吸收特性。
参照图4可以看出，下透明导电层15与上透明导电层17之间构成了一个平行板电容器，当在透明导电层上市价一个外加电压之后，电荷会在平行板电容器的两端积累，主要分布于两个透明导电层的表面，并在电场的作用下注入到石墨烯层12中，从而改变石墨烯层中的载流子浓度，从而调控金属微纳结构的光学性能和光电材料的吸收谱。当石墨烯调控到不同的费米能级时，金属微纳结构的表面等离激元共振波长也随之改变，因此就可以改变位于石墨烯微纳结构周围的光电材料的吸收光谱。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
1.一种可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，包括从上至下依次层叠设置的石墨烯层(11)、金属微纳阵列层(12)、介质层(13)及基底层(14)，其中，所述石墨烯层(11)的上方设有从下至上依次布置的下透明导电层(15)、介质绝缘层(16)以及上透明导电层(17)，所述下透明导电层(15)与上透明导电层(17)之间电连接有直流电源(18)。
2.如权利要求1所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，所述金属微纳阵列层(12)包括沿一阵列方向依次交替间隔设置的第一微纳颗粒列(121)与第二微纳颗粒列(122)，所述第一微纳颗粒列(121)与第二微纳颗粒列(122)中均由若干等距间隔设置的金属微纳颗粒沿着各自的列队方向布置而成。
3.如权利要求1所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，构成所述下透明导电层(15)与上透明导电层(17)的材料为铟锡氧化物或掺铟氧化铟中的至少一种；构成所述介质绝缘层(16)的材料为纳米二氧化钛改性绝缘纸。
4.如权利要求2所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，所述第一微纳颗粒列(121)与第二微纳颗粒列(122)中的金属微纳颗粒均为圆柱状结构。
5.如权利要求2所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，假定所述第一微纳颗粒列(121)的阵列周期为p1，所述第二微纳颗粒列(122)的阵列周期为p2，所述第一微纳颗粒列(121)与第二微纳颗粒列(122)的总阵列周期为p，则有p＝p1 p2。
6.如权利要求5所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，p＝340nm，p1＝180nm，p2＝160nm。
7.如权利要求4所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，假定所述第一微纳颗粒列(121)的金属微纳颗粒的直径为w1,所述第二微纳颗粒列(122)的金属微纳颗粒的直径为w2，所述第一微纳颗粒列(121)与第二微纳颗粒列(122)的高度为h，则有w1＝160nm，w2＝140nm，h＝20nm。
8.如权利要求1所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，所述基底层(14)由银金属制成。
9.如权利要求1所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，所述基底层(14)的厚度为100nm。
10.如权利要求1所述的可调式近红外宽波段光吸收增强结构，其特征在于，所述介质层(13)为三氧化二铝。
技术总结