石墨烯作為一種新型二維材料，具有電導率可控、電子遷移率高和易于與其它光學器件集成的特點，近年來吸引了研究者的廣泛關注。在可見光波段，石墨烯具有飽和吸收特性，僅能吸收2.3%的入射光能，限制了其在光電子器件上的應用。

武漢光電國家實驗室超快光學團隊陸培祥教授、王兵教授、博士生柯少林等針對十字形石墨烯陣列結構進行了系統的數值模擬。研究表明，在紅外和太赫茲波段，陣列結構中產生的表面等離激元共振可以有效地增強石墨烯對光的吸收。當十字形結構的臂寬增大時，即使石墨烯的占有率很低，也可以產生強烈的吸收。此外，增加石墨烯化學勢和電子弛豫時間可以顯著地增強吸收。研究表明，如果采用互補結構，吸收將會得到進一步增強。利用多層結構還可實現雙峰吸收和寬帶吸收。該研究成果系統展示了石墨烯周期微結構的光吸收增強及其可調特性，在太陽能電池、發射器、傳感器、空間光調制器等光電子器件中潛在的應用價值。

2015年4月6日，光學期刊Optics Express (Vol.23, No.7, pp.8888-8900, 2015)發表了題為“十字形石墨烯陣列中的等離子體增強吸收研究”（Plasmonic absorption enhancement in periodic cross-shaped graphene arrays）的研究成果。該項研究得到了國家“973計劃”(No.2014CB921301)、國家自然科學基金(Nos.11304108和11104095)、教育部高等學校博士學科點專項科研基金(No.20130142120091) 等項目的支持。

圖1 十字形石墨烯陣列結構

圖2 石墨烯陣列結構的吸收譜和電場（|E|）分布

來源：武漢光電國家實驗室(籌)