The absorption of electromagnetic waves has always attracted a large interest because of its cross-the-board nature that spans from microwave to optical frequencies in both linear and nonlinear regimes. At the same time, the experimental isolation of bi-dimensional (2D) materials has recently unveiled how single layers might also be very attractive because of their unprecedented optical and absorption properties. In particular, graphene, a 2D version of graphite, exhibits a remarkably high absorption value (~2.3%) in the visible range [1] when compared to metals or dielectric materials. In this paper, we will review and illustrate the quest for the enhanced absorption in photonic nanostructures that incorporate monolayer and multilayer graphene sheets emphasizing the difference in terms of configurations and strategies proposed in literature. Then, we will detail the optical performance of graphene-based one-dimensional (1D) gratings that support guided mode resonances showing how it is possible to tune theoretically and experimentally their total absorption ranging from 2.3% to perfect absorption by means of metallic and dielectric reflectors or engineered super cells

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…