石墨烯是一种新型的二维材料，由于其独特的光学和电学性质，近年来受到人们的广泛关注；超宽的光谱响应、超薄的原子层厚度以及超高的载流子迁移率使石墨烯成为光电器件的理想材料之一。然而，对于单层石墨烯而言，一直存在着两个固有的缺陷阻碍了它在光学器件上的高性能；首先，在可见光到近红外范围内，单层石墨烯仅吸收2.3%的入射光，从而限制了它的量子效率造成低的光响应；其次，单层石墨烯由于其超宽的紫外到太赫兹的吸收光谱而不能显示光谱选择性。

针对以上问题，华中科技大学武汉光电国家实验室光电子集成与器件功能实验室王涛教授带领博士生江晓运等人，创新性地提出了一种基于石墨烯的完美吸收结构，利用波导共振的临界耦合理论，在通信波长单层石墨烯的吸收率可以达到99%。无损耗多层电介质组合的波导共振耦合模式可以显著地增强单层石墨烯周围的电场分布，从而增强石墨烯的吸收。相比以前的金属反射镜设备，我们选择较少层介质的布拉格镜作为反射镜，因为金属寄生吸收和自身衰减会降低石墨烯对光的吸收。此外，我们设计的结构在实现单层石墨烯的超高效率吸收的同时，还可以通过调整结构参数获得光谱的选择性。

图1. 基于石墨烯可调超高效光吸收器的结构示意图

图2. 结构的吸收光谱图（a）和电场分布图（b）

2017年10月30日，该研究成果“Tunable ultra-high-efficiency light absorption of monolayer graphene using critical coupling with guided resonance” 发表在美国光学学会（OSA）旗下期刊Optics Express (Vol. 25, No. 22, pp. 27028-27036, 2017)杂志。该项研究得到国家自然科学基金（61376055，61775064）和中央高校基本科研业务费（HUST: 2016YXMS024）的资助。