一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置，其特征是，包括二氧化硅基底层和石墨烯层，所述的二氧化硅基底层的上表面刻蚀有周期光栅结构；所述周期光栅结构的脊中设有有机染料增益介质；所述石墨烯层为阵列纳米带结构的石墨烯层；所述二氧化硅基底层的上表面与阵列纳米带结构的石墨烯层叠接。这种装置能够增强SPP共振、提高周期石墨烯SPP波导传播距离、且结构简单、易于实现。
【专利说明】
一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置
技术领域
[0001]本发明涉及光通信技术领域，具体是一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置。
【背景技术】
[0002]表面等离子体激元(Surface plasmon polariton，简称SPP)是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迀移的表面电荷之间电磁模，可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的限制。正因为SPP这种独特的性质，使其在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用。只有一个原子厚的石墨烯因具有强度大、导热和导电效率高等特性，一直被认为是硅的“接班人”，随着近年来石墨烯材料研究的再次迅速升温，石墨烯波导中实现SPP传输特性成为了可能，这就为克服其带隙“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页上登载的 “Graphene plasmonics for tunable terahertz metamaterials，，一文，Feng Wang团队率先在石墨烯周期条形波导中实现了 SPP费米能级的控制。然而上述结构在进行光刻后会显著的降低石墨烯载流子迀移率，这使得SPP传播距离、局域化程度降低，品质因数过低。
[0003]通过检索和查新发现，目前大都采用绝大部分的周期结构的石墨烯SPP波导对于SPP局域化效应都有一定的减弱，且传播距离有限。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置。这种装置能够增强SPP共振、提高周期石墨烯SPP波导传播距离、且结构简单、易于实现。
[0005]实现本发明目的的技术方案是:
一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置，包括二氧化硅基底层，所述的二氧化硅基底层的上表面刻蚀有周期光栅结构;所述周期光栅结构的脊中设有有机染料增益介质；
石墨烯层，所述石墨烯层为阵列纳米带结构的石墨烯层；
所述二氧化娃基底层的上表面与阵列纳米带结构的石墨稀层叠接。
[0006]所述的二氧化硅基底层为绝缘层。
[0007]控制周期光栅结构的光栅周期、石墨烯纳米带的宽度调节SPP共振频率。
[0008]入射光为P偏振光垂直照射到阵列纳米带结构的石墨烯层I上石墨烯波导，垂直方向的衍射波因为全反射作用将局域在石墨烯层与绝缘层二氧化硅基底层之间的周期光栅结构中，形成光子与电子间的共振，进而共振和光栅增强作用产生表面等离子体激元。
[0009]所述的阵列纳米带结构的石墨烯层通过等离子体刻蚀工艺制作，制得的石墨烯的层数和宽度由碳纳米管的层数和刻蚀时间来调控，通过改变阵列纳米带结构层的石墨烯纳米带的宽度能够调节SPP的共振频率。
[0010]所述的周期光栅结构能够实现入射光和SPP相位匹配，从而增强表面等离子体共振现象。
[0011]所述的有机染料增益介质的加入能够为光栅导模电磁场提供传播空间，且依据SPP共振频率调节染料分子浓度，有利于降低SPP的传播损耗、提高SPP的品质因数Q值。
[0012]这种装置采用了衍射波激发SPP，利用了石墨烯高载流子迀移率特点，通过光栅结构与染料分子提高SPP传播特性，且能够应用控制光栅周期、石墨烯纳米带的宽度实现SPP共振频率调节，这能够为SPP在新型光子器件、宽带通讯系统、微小光子回路、光电子集成等方面应用提供关键器件。
[0013]这种装置能够增强SPP共振、提高周期石墨烯SPP波导传播距离、且结构简单、易于实现。
【附图说明】
[0014]图1为实施例的结构示意图。
[0015]图中，1.阵列纳米带结构的石墨烯层2.周期光栅结构3.二氧化硅基底层4.有机染料增益介质5.入射光。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定。
[0017]实施例:
参照图1，一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置，包括二氧化硅基底层3，所述的二氧化硅基底层3的上表面刻蚀有周期光栅结构2;所述周期光栅结构2的脊中设有有机染料增益介质4;
石墨烯层，所述石墨烯层为阵列纳米带结构的石墨烯层I;
所述二氧化娃基底层3的上表面与阵列纳米带结构的石墨稀层I叠接。
[0018]所述的二氧化硅基底层3为绝缘层。
[0019]控制周期光栅结构2的光栅周期、石墨烯层I中纳米带的宽度调节SPP共振频率。
[0020]入射光5为P偏振光垂直照射到阵列纳米带结构的石墨烯层I上的石墨烯波导，垂直方向的衍射波因为全反射作用将局域在阵列纳米带结构的石墨烯层I与绝缘层二氧化硅基底层3之间的周期光栅结构2中，形成光子与电子间的共振，进而共振和光栅增强作用产生表面等离子体激元。
[0021 ]所述的阵列纳米带结构的石墨烯层I通过等离子体刻蚀工艺制作，制得的石墨烯的层数和宽度由碳纳米管的层数和刻蚀时间来调控，通过改变阵列纳米带结构的石墨烯层I的纳米带的宽度能够调节SPP的共振频率。
[0022]所述的周期光栅结构2能够实现入射光和SPP相位匹配，从而增强表面等离子体共振现象。
[0023]所述的有机染料增益介质4的加入能够为光栅导模电磁场提供传播空间，且依据SPP共振频率调节染料分子浓度，有利于降低SPP的传播损耗、提高SPP的品质因数Q值。
【主权项】
1.一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置，其特征是，包括二氧化硅基底层，所述的二氧化硅基底层的上表面刻蚀有周期光栅结构;所述周期光栅结构的脊中设有有机染料增益介质； 石墨烯层，所述石墨烯层为阵列纳米带结构的石墨烯层； 所述二氧化娃基底层的上表面与阵列纳米带结构的石墨稀层叠接。
【文档编号】G02B6/122GK105866883SQ201610311857
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】朱君, 徐汶菊, 秦柳丽, 傅得立, 朱勇建, 宋树祥
【申请人】广西师范大学