基于GeTe相变平面结构的可重构窄带至宽带红外吸收器及其在动态光子调控中的应用

本文提出一种基于GeTe相变材料（PCM）的可重构红外吸收器，通过非晶与晶相切换实现窄带（1300 nm峰值）与宽带（1150–1750 nm >90%吸收）动态转换。结合多层GaAs与金基底设计，利用有限元法（FEM）模拟验证其结构稳定性与角度适应性，为无光刻（lithography-free）可调光子器件提供新思路。

　　

Section snippets

Device’s configuration and methods

设计的可调吸收器工作在红外波段，采用六层平面结构：从顶部至底部依次为硅（Si）层、双砷化镓（GaAs）层、锗碲（GeTe）双层与金（Au）反射基底。各层厚度（d_Si, d_GeTe1, d_GeTe2, d_GaAs1, d_GaAs2, d_Au）经优化以实现相位依赖的光学响应。

Results and Discussions

由于金基底厚度远超电磁波穿透深度，透射率近乎为零，吸收率可简化为：

A(λ) = 1 ? R(λ)

如图3-a所示，当GeTe处于非晶态时，模型在1300 nm处呈现显著吸收峰；晶化后则展宽为1150–1750 nm的高效宽带吸收。厚度容差分析表明，GaAs层对制造误差具有较高耐受性。斜入射分析显示，横电（TE）与横磁（TM）偏振波在60°内仍保持稳定吸收性能。场耦合机制研究揭示了GeTe相变对谐振模式与阻抗匹配的动态调控作用。

Conclusion

研究成功验证了基于平面GeTe结构的可重构吸收器在红外波段的双模切换能力。通过精准控制GeTe相态，实现了窄带（1300 nm）与宽带（1150–1750 nm）吸收的高效转换，为自适应光子器件（如光学开关、调制器与热发射体）提供了无光刻、易集成的解决方案。