066 – COMSOL超材料专题教程⑥石墨烯完美吸收器（带讲解视频）

本例是“COMSOL光学超材料专题教程”中的第六讲，首先展示一下教程的海报：

单独购买本案例后，如需以998元优惠价购买全部十讲，只需补差价即可。

---

下面是针对第六讲的详细介绍：

基本介绍：

• 主要内容：根据发表在 Optics Express 上的论文《A perfect absorber made of a graphene micro-ribbon metamaterial（作者：Rasoul Alaee等）》，复现了其中的 Fig.2abce，以及论文中没做的沿条带方向斜入射吸收率；
• 基于 COMSOL 频域求解，使用的软件版本为 COMSOL 6.0 (6.0.0.318)；
• 计算所需的内存：16 GB；
• 涉及的内容：讲解计算石墨烯电导率的 Kubo 公式、建立二维模型、“电磁波，频域” 物理场接口、定义全局参数、定义全局插值函数、用自己定义的参数构建几何结构、三种方法构建二维材料、用 Kubo 公式的 Hanson 简化形式定义石墨烯材料、用电导率定义金属材料、“面内矢量” 电场分量、“三次离散化” 网格阶数、讲解 “面外波数” 原理及应用、讲解 “波动方程，电” 中的 “电位移场模型”、过渡边界条件、表面电流密度、周期性端口、连续性周期边界、Floquet 周期性条件、物理场控制网格、用户定义网格、二维材料网格划分要点、参数化扫描、派生值-全局计算、表格、一维绘图组-全局、二维绘图组-表格表面 等；
• 绘制了：石墨烯的介电常数色散曲线、吸收率 vs. 电介质厚度和频率的伪彩图、吸收率 vs. 入射角和波长的伪彩图；
• 本次课录制了时长为 1 h 19 min 的讲解视频（从打开软件开始录到画出结果为止）。
• 付费后可以观看讲解视频，并下载案例文件。购买此案例不附带答疑指导。

包含的文件截图、课程视频截图：

详细描述：

如上图所示，石墨烯条带放在金衬底上，中间用一个厚度为 d 的电介质层隔开。图中 W_GR = 1 um、P = 2 um、t_GR = 1 nm、t_F = 1 um，d 在 1 ~ 100 um 间变化。金的电导率为 4×10⁷ S/m、电介质的折射率为 2.1、石墨烯的电导率由 Kubo 公式的近似公式来定义：

其中 T = 300 K、Γ = 0.1 meV、μ_c = 50 ~ 200 meV 间变化。然后根据

可计算出石墨烯的介电常数。

频率为3 ~ 8 THz的光从上往下照射，光的偏振方向垂直于石墨烯条带方向（沿 y 偏振），改变电介质厚度 d 和入射角，计算该超表面对光的吸收率。

本例采用三种方法来对石墨烯建模，分别是：

1. 将石墨烯画成一个厚度为1 nm的薄长方形；
2. 将石墨烯画成没有厚度的边界，然后利用“过渡边界条件”，将该边界定义一个虚拟的厚度1 nm，从而近似模拟一个有厚度的材料；
3. 用“表面电流密度”，将石墨烯抽象成一个电流面，入射光照射该平面后在上面激发出面电流，然后被激发的面电流反过来与入射光相互作用。

计算结果表明，这三种方法算出的结果完全一致，并对比了三种方法的优缺点。

计算的内容和结果：

1、T = 300 K、Γ = 0.1 meV、μ_c = 100 meV 时，1 nm 厚的石墨烯的介电常数（上红色线：论文中的结果，下：本例的结果）👇

2、取电介质的厚度 d 为 4.7 μm，用三种方法对石墨烯建模，计算 3 ~ 8 THz 的吸收率，三种方法结果完全一致（论文中没有画出此结果）👇

3、取电介质的厚度 d 为 4.7 μm，用三种方法对石墨烯建模，计算 3.53 THz 的电场分布，三种方法所得的结果完全一致（论文中的电场分布见下面第5条结果）👇

4、改变电介质厚度 d ，不同波长下的吸收率伪彩图（左：论文中的结果，右：本例的结果）👇

5、固定 d = 4.7 μm，不同“面内”入射角和不同波长下的吸收率伪彩图（左：论文中的结果，右：本例的结果）👇

6、固定 d = 4.7 μm，用二维建模方法，计算不同“面外”入射角和不同波长下的吸收率（论文中没有计算此结果）👇

付费后将能看到讲解视频，并下载讲解过程中做出来的模型文件。

再次提醒：在本页面上付款购买的是 “COMSOL光学超材料专题教程” 的第六讲，而非全套课程。购买案例不附带答疑指导服务。