一種周期光柵結構的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種周期光柵結構的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置，其特征是，包括二氧化硅基底層和石墨烯層，所述的二氧化硅基底層的上表面刻蝕有周期光柵結構；所述周期光柵結構的脊中設有有機染料增益介質；所述石墨烯層為陣列納米帶結構的石墨烯層；所述二氧化硅基底層的上表面與陣列納米帶結構的石墨烯層疊接。這種裝置能夠增強SPP共振、提高周期石墨烯SPP波導傳播距離、且結構簡單、易于實現。
【專利說明】
一種周期光柵結構的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置
技術領域
[0001]本發明涉及光通信技術領域，具體是一種周期光柵結構的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置。
【背景技術】
[0002]表面等離子體激元(Surface plasmon polariton，簡稱SPP)是通過改變金屬表面的亞波長結構實現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界面傳輸的表面等離子波，從而傳輸光能量，且不受衍射極限的限制。正因為SPP這種獨特的性質，使其在納米量級操縱光能量發揮著重要的作用。只有一個原子厚的石墨烯因具有強度大、導熱和導電效率高等特性，一直被認為是硅的“接班人”，隨著近年來石墨烯材料研究的再次迅速升溫，石墨烯波導中實現SPP傳輸特性成為了可能，這就為克服其帶隙“死穴”提供了新的方向。典型的就是《Nature Nanotechnology》在2011年6卷第10期630-634頁上登載的 “Graphene plasmonics for tunable terahertz metamaterials，，一文，Feng Wang團隊率先在石墨烯周期條形波導中實現了 SPP費米能級的控制。然而上述結構在進行光刻后會顯著的降低石墨烯載流子迀移率，這使得SPP傳播距離、局域化程度降低，品質因數過低。
[0003]通過檢索和查新發現，目前大都采用絕大部分的周期結構的石墨烯SPP波導對于SPP局域化效應都有一定的減弱，且傳播距離有限。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種周期光柵結構的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置。這種裝置能夠增強SPP共振、提高周期石墨烯SPP波導傳播距離、且結構簡單、易于實現。
[0005]實現本發明目的的技術方案是:
一種周期光柵結構的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置，包括二氧化硅基底層，所述的二氧化硅基底層的上表面刻蝕有周期光柵結構;所述周期光柵結構的脊中設有有機染料增益介質；
石墨烯層，所述石墨烯層為陣列納米帶結構的石墨烯層；
所述二氧化娃基底層的上表面與陣列納米帶結構的石墨稀層疊接。
[0006]所述的二氧化硅基底層為絕緣層。
[0007]控制周期光柵結構的光柵周期、石墨烯納米帶的寬度調節SPP共振頻率。
[0008]入射光為P偏振光垂直照射到陣列納米帶結構的石墨烯層I上石墨烯波導，垂直方向的衍射波因為全反射作用將局域在石墨烯層與絕緣層二氧化硅基底層之間的周期光柵結構中，形成光子與電子間的共振，進而共振和光柵增強作用產生表面等離子體激元。
[0009]所述的陣列納米帶結構的石墨烯層通過等離子體刻蝕工藝制作，制得的石墨烯的層數和寬度由碳納米管的層數和刻蝕時間來調控，通過改變陣列納米帶結構層的石墨烯納米帶的寬度能夠調節SPP的共振頻率。
[0010]所述的周期光柵結構能夠實現入射光和SPP相位匹配，從而增強表面等離子體共振現象。
[0011]所述的有機染料增益介質的加入能夠為光柵導模電磁場提供傳播空間，且依據SPP共振頻率調節染料分子濃度，有利于降低SPP的傳播損耗、提高SPP的品質因數Q值。
[0012]這種裝置采用了衍射波激發SPP，利用了石墨烯高載流子迀移率特點，通過光柵結構與染料分子提高SPP傳播特性，且能夠應用控制光柵周期、石墨烯納米帶的寬度實現SPP共振頻率調節，這能夠為SPP在新型光子器件、寬帶通訊系統、微小光子回路、光電子集成等方面應用提供關鍵器件。
[0013]這種裝置能夠增強SPP共振、提高周期石墨烯SPP波導傳播距離、且結構簡單、易于實現。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例的結構示意圖。
[0015]圖中，1.陣列納米帶結構的石墨烯層2.周期光柵結構3.二氧化硅基底層4.有機染料增益介質5.入射光。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發明的內容作進一步闡述，但不是對本發明的限定。
[0017]實施例:
參照圖1，一種周期光柵結構的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置，包括二氧化硅基底層3，所述的二氧化硅基底層3的上表面刻蝕有周期光柵結構2;所述周期光柵結構2的脊中設有有機染料增益介質4;
石墨烯層，所述石墨烯層為陣列納米帶結構的石墨烯層I;
所述二氧化娃基底層3的上表面與陣列納米帶結構的石墨稀層I疊接。
[0018]所述的二氧化硅基底層3為絕緣層。
[0019]控制周期光柵結構2的光柵周期、石墨烯層I中納米帶的寬度調節SPP共振頻率。
[0020]入射光5為P偏振光垂直照射到陣列納米帶結構的石墨烯層I上的石墨烯波導，垂直方向的衍射波因為全反射作用將局域在陣列納米帶結構的石墨烯層I與絕緣層二氧化硅基底層3之間的周期光柵結構2中，形成光子與電子間的共振，進而共振和光柵增強作用產生表面等離子體激元。
[0021 ]所述的陣列納米帶結構的石墨烯層I通過等離子體刻蝕工藝制作，制得的石墨烯的層數和寬度由碳納米管的層數和刻蝕時間來調控，通過改變陣列納米帶結構的石墨烯層I的納米帶的寬度能夠調節SPP的共振頻率。
[0022]所述的周期光柵結構2能夠實現入射光和SPP相位匹配，從而增強表面等離子體共振現象。
[0023]所述的有機染料增益介質4的加入能夠為光柵導模電磁場提供傳播空間，且依據SPP共振頻率調節染料分子濃度，有利于降低SPP的傳播損耗、提高SPP的品質因數Q值。
【主權項】
1.一種周期光柵結構的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置，其特征是，包括二氧化硅基底層，所述的二氧化硅基底層的上表面刻蝕有周期光柵結構;所述周期光柵結構的脊中設有有機染料增益介質； 石墨烯層，所述石墨烯層為陣列納米帶結構的石墨烯層； 所述二氧化娃基底層的上表面與陣列納米帶結構的石墨稀層疊接。
【文檔編號】G02B6/122GK105866883SQ201610311857
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】朱君, 徐汶菊, 秦柳麗, 傅得立, 朱勇建, 宋樹祥
【申請人】廣西師范大學