分形超表面增强的石墨烯光探测器

石墨烯由于具有超宽带宽的光学吸收性能并且可以动态调谐石墨烯的光学和电学性质，被看作极具潜力的光探测材料，而且基于石墨烯的光学探测器的加工工艺与CMOS技术兼容。然而，由于石墨烯的厚度只有一个单原子层，其固有的光学吸收率很小，阻碍了石墨烯作为光探测材料与当代的光探测器系统的结合。美国普渡大学（Purdue University）的Kildishev等人设计了一种雪花状分形结构的超表面来增强石墨烯光探测器的吸收，他们利用电子束曝光等微纳米加工技术制作了分形超表面增强的石墨烯光探测器并对该光探测器进行了测试，分形超表面对石墨烯光探测器的光电性能得到一个数量级的提升，从实验上验证了理论设计。基于该超表面的雪花状分形设计的等离子激元增强石墨烯光探测器不仅能够实现超宽带宽吸收，而且具有对光偏振不依赖的特性。相关工作发表在Nano Letts., 17 (2017) 57-62上。

图1 (a)光伏测量的实验装置；(b) 带有针-环结构的金属分形超表面石墨烯光探测器的扫描电镜照片；(c) 带有误差线的蓝线是激光照射到分形超表面区域外的针尖处测得的光强-光伏曲线 (实线是图b中的B点，虚线是图b中的C点即平面边缘；红色圆点是实验测得的不同入射功率对应的增强因子) ；(d) 激光照射到分形超表面区域测得的光强-光伏曲线（蓝色实线是图b 中A点，虚线是图b中的C点即平面边缘；红色圆点是实验测得的不同入射功率对应的增强因子)。所用的激光波长为568 nm。