一種多層石墨烯控制局域spp和傳導(dǎo)spp相互作用的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多層石墨烯控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的裝置,其特征是,包括順序疊接的硅基層、石墨烯層、玻璃層和石墨烯帶陣列層;所述硅基層的上表面刻蝕有周期光柵結(jié)構(gòu),所述玻璃層的厚度小于二分之一石墨烯層厚度。這種裝置能夠提供更強(qiáng)的局域化約束,具備為表面等離子激勵(lì)電路提供光源基礎(chǔ),從而實(shí)現(xiàn)更大的帶寬超快數(shù)據(jù)傳輸。
【專利說明】
一種多層石墨烯控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域,具體是一種多層石墨烯控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]表面等離子體激元(Surface plasmon polaritons,簡(jiǎn)稱SPP)是通過改變金屬表面的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的一種光波與可迀移的表面電荷之間電磁模,可以支持金屬與介質(zhì)界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻娴入x子波,從而傳輸光能量,且不受衍射極限的限制。正因?yàn)镾PP這種獨(dú)特的性質(zhì),使其在納米量級(jí)操縱光能量發(fā)揮著重要的作用。石墨烯能夠傳播SPP特性已經(jīng)被一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)的由量子點(diǎn)包裹的石墨稀納米帶理論證明?!禢ature Photonics》在2013年7卷第11期883-896頁(yè)上連續(xù)登載了3篇關(guān)于石墨烯SPP器件的研究:美國(guó)麻省理工大學(xué)的DirkEnglund團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種超快石墨烯光檢測(cè)器,其響應(yīng)比現(xiàn)有的光檢測(cè)器快16倍,帶寬可達(dá)到1450-1590nm;奧地利維也納技術(shù)大學(xué)的Thomas MuelIer團(tuán)隊(duì)制作了一種帶寬范圍達(dá)到1310-1650nm的運(yùn)行頻率數(shù)億Hz石墨烯光檢測(cè)器,其囊括了目前光纖通訊系統(tǒng)用到的所有帶寬范圍,響應(yīng)速度比現(xiàn)有光檢測(cè)器快8倍以上;香港中文大學(xué)的Xiao課題組研制出一種在中紅外波段頻率運(yùn)行的高響應(yīng)速度石墨烯光敏二極管,其可潛在應(yīng)用于環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的監(jiān)測(cè)以及具有醫(yī)學(xué)測(cè)試用途的集成芯片紅外光譜技術(shù)。這三項(xiàng)研究成果展現(xiàn)了石墨烯在光電子器件方面的令人興奮的潛力。石墨烯的獨(dú)特光電屬性以及現(xiàn)有集成電路制造技術(shù)的可利用性使得石墨烯有可能很快取代鍺元素和復(fù)合半導(dǎo)體在高性能器件中的位置。然而目前石墨烯目前還處于研發(fā)階段,各國(guó)對(duì)于這個(gè)新興材料和相應(yīng)器件還處于一個(gè)專利布局期。
[0003]通過檢索和查新發(fā)現(xiàn),目前對(duì)于局域SPP和傳導(dǎo)SPP的研究大都集中在其中一類現(xiàn)象的特性分析,對(duì)于他們之間的相互作用報(bào)道較少。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,而提供一種多層石墨烯控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的裝置。這種裝置能夠提供更強(qiáng)的局域化約束,具備為表面等離子激勵(lì)電路提供光源基礎(chǔ),從而實(shí)現(xiàn)更大的帶寬超快數(shù)據(jù)傳輸。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:
一種多層石墨烯控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的裝置,包括順序疊接的硅基層、石墨烯層、玻璃層和石墨烯帶陣列層。
[0006]所述硅基層的上表面刻蝕有周期光柵結(jié)構(gòu)。
[0007]所述玻璃層的厚度小于二分之一石墨烯層的厚度,這樣能夠?yàn)榫钟騍PP和傳導(dǎo)SPP模式之間近場(chǎng)耦合提供足夠的相互作用距離。
[0008]通過調(diào)節(jié)玻璃層的厚度、石墨烯帶陣列層和周期光柵結(jié)構(gòu)控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP模式親合強(qiáng)度。
[0009]入射光從玻璃層以大于表面等離子產(chǎn)生共振的角度衍射到石墨烯帶陣列層與玻璃界層面產(chǎn)生傳導(dǎo)SPP,由于周期光柵衍射作用,又會(huì)在周期光柵結(jié)構(gòu)層與石墨烯層之間產(chǎn)生局域SPP,這樣會(huì)在石墨烯層中出現(xiàn)局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的特性。由于局域SPP和傳導(dǎo)SPP的相互作用,會(huì)顯著增強(qiáng)出射光功率,從而在玻璃層出射強(qiáng)激光。
[0010]所述的石墨稀帶陣列層通過等離子體刻蝕工藝制作,制得的石墨稀帶陣列層石墨烯的層數(shù)和寬度可以通過選擇不同層數(shù)的碳納米管和控制刻蝕時(shí)間來調(diào)控,通過改變石墨烯納米帶的寬度能夠調(diào)節(jié)SPP的共振頻率。
[0011]所述的硅基層的周期光柵結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)入射光和SPP相位匹配,能夠促進(jìn)激發(fā)表面等離子共振現(xiàn)象,從而產(chǎn)生局域SPP。
[0012]這種裝置采用玻璃棱鏡衍射和周期光柵結(jié)構(gòu)激發(fā)SPP,采用了導(dǎo)熱和導(dǎo)電效率高的石墨烯材料增強(qiáng)SPP強(qiáng)局域效應(yīng),能夠通過調(diào)節(jié)玻璃厚度、石墨烯陣列和光柵周期實(shí)現(xiàn)控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP模式耦合強(qiáng)度,可以在亞波長(zhǎng)尺寸條件下實(shí)現(xiàn)出射強(qiáng)激光的特性,這種裝置能夠提供更強(qiáng)的局域化約束,具備為表面等離子激勵(lì)電路提供光源基礎(chǔ),從而實(shí)現(xiàn)更大的帶寬超快數(shù)據(jù)傳輸。
[0013]這種裝置可以為表面等離子領(lǐng)域提供高性能的微腔和可集成的新型有源器件。
【附圖說明】
[0014]圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖.圖中,1.硅基層2.石墨烯層3.玻璃層4.石墨烯帶陣列層5.周期光柵結(jié)構(gòu)6.入射光
7.出射激光。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步闡述說明,但不是對(duì)本發(fā)明限定。
[0016]實(shí)施例:
參照?qǐng)D1,一種多層石墨烯控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的裝置,包括順序疊接的硅基層1、石墨烯層2、玻璃層3和石墨烯帶陣列層4;
所述的硅基層I的上表面刻蝕有周期光柵結(jié)構(gòu)5。
[0017]所述玻璃層3的厚度小于二分之一石墨烯層2厚度,這樣能夠?yàn)榫钟騍PP和傳導(dǎo)SPP模式之間近場(chǎng)耦合提供足夠的相互作用距離。
[0018]通過調(diào)節(jié)玻璃層3的厚度、石墨烯帶陣列層4和周期光柵結(jié)構(gòu)5控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP模式耦合強(qiáng)度。
[0019]入射光6從玻璃層3以大于表面等離子產(chǎn)生共振的角度衍射到石墨烯帶陣列層4與玻璃層3面產(chǎn)生傳導(dǎo)SPP,在玻璃層3和周期光柵結(jié)構(gòu)層5作用下,會(huì)在周期光柵結(jié)構(gòu)層5與石墨烯層2之間產(chǎn)生局域SPP,從而在石墨烯層2中出現(xiàn)局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的特性。由于局域SPP和傳導(dǎo)SPP的相互作用,會(huì)顯著增強(qiáng)出射光功率,從而在玻璃層3射出強(qiáng)出射激光I。
[0020]所述的石墨稀帶陣列層4通過等離子體刻蝕工藝制作,制得的石墨稀帶陣列層4石墨烯的層數(shù)和寬度可以通過選擇不同層數(shù)的碳納米管和控制刻蝕時(shí)間來調(diào)控,通過改變石墨稀帶陣列層4中石墨稀納米帶的寬度能夠調(diào)節(jié)SPP的共振頻率。
[0021]所述的硅基層I的周期光柵結(jié)構(gòu)5能夠?qū)崿F(xiàn)入射光6和SPPs相位匹配,能夠促進(jìn)激發(fā)表面等離子共振現(xiàn)象,從而產(chǎn)生局域SPP。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多層石墨烯控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的裝置,其特征是,包括順序疊接的硅基層、石墨烯層、玻璃層和石墨烯帶陣列層; 所述硅基層的上表面刻蝕有周期光柵結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層石墨烯控制局域SPP和傳導(dǎo)SPP相互作用的裝置,其特征是,所述玻璃層的厚度小于二分之一石墨烯層厚度。
【文檔編號(hào)】G02B6/124GK105842784SQ201610315552
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】朱君, 徐汶菊, 秦柳麗, 傅得立, 朱勇建, 宋樹祥
【申請(qǐng)人】廣西師范大學(xué)