本发明涉及一种光延时器，特别涉及一种红外波段正负可调的光延时器。
背景技术：
可调谐宽带延迟线的有效性能够显著提高未来可重构光网络的效率和吞吐量。因此，可调谐光延迟线是未来光交换网络实现同步、帧头识别、缓存、光时分复用和均衡的关键所在。可调谐延迟线被认为在同步器和复用器、均衡器、相关器、逻辑门和增强的非线性可用功能等信号处理领域有直接的应用。但在实际系统中应用时，必须仔细考虑与可调谐延迟线有关的关键参数来证明其在光学系统中的特定应用。例如，延迟带宽、最大延迟、延迟范围、延迟分辨率、延迟精度、延迟重构时间、分数延迟和延迟损耗等。
近年来，石墨烯的出现在科学界引起了极大的关注。由于其独特的电子和光学特性成为了光学系统中优异的可调谐材料的替代物。石墨烯在光调制器，超快光电探测器、表面等离子体激元器、光纤激光器和非线性光子学等许多应用中显示出很大的应用前景。更重要的是，由于其在静电门控条件下表现出高度可调的载流子浓度，为实现微波光子学等可调谐器件提供了有效的途径。
红外波段，是太阳光辐射光中的一个重要波段，其在各个科技领域有着十分重要的应用，包括传感，环境监测和热成像等。而基于石墨烯的可调谐延迟技术大多集中在光通信波段和太赫兹波段，鲜有利用红外波段作出宽范围的可调谐延迟器件，且鲜有的结构对于延时的调控灵活性较差，延迟范围较窄，仅能实现或正或负单方向调控。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单的红外波段正负可调的光延时器。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种红外波段正负可调的光延时器，包括石墨烯层、六方氮化硼、二氧化硅衬底，六方氮化硼底部设有二氧化硅衬底，六方氮化硼顶部覆盖有石墨烯层，石墨烯层上外接电压源；延时器置于空气中，红外入射光从空气入射到器件上，然后通过红外反射光反射回到空气中。
上述红外波段正负可调的光延时器，延时器整体为正方形，延时器边长为50μm。
上述红外波段正负可调的光延时器，所述石墨烯层截面为正方形，石墨烯层厚度为0.34nm~1.02nm，石墨烯层边长为50μm。
上述红外波段正负可调的光延时器，所述六方氮化硼截面为正方形，六方氮化硼厚度为110nm，六方氮化硼边长为50μm。
上述红外波段正负可调的光延时器，所述二氧化硅衬底截面为正方形，二氧化硅衬底厚度为2mm，二氧化硅衬底边长为50μm，相对介电常数为3.9。
上述红外波段正负可调的光延时器，所述红外入射光为横磁偏振光，工作波长为12~12.12μm。
本发明的有益效果在于：本发明设有由石墨烯层、六方氮化硼构成的异质结，当横磁偏振光进入异质结后由于石墨烯电导率的电可调谐特性，通过调节外部电压控制费米能级，可以灵活地调控延迟时间，基于六方氮化硼的双曲特性，可以使延迟时间由正到负进行切换；通过进行特定的参数设置，还可扩大延迟范围，实现大正延时和大负延时，结构简单，延迟范围可达-69.8~71.71ps。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，图中红外光线沿着z方向传播。
图2为本发明的实施例一中不同费米能级与延迟时间的关系图。
图3为本发明的实施例二中不同石墨烯层数与延迟时间的关系图。
图4为本发明的实施例三中入射角度与延迟时间的关系图。
图5为本发明的实施例四中六方氮化硼厚度与延迟时间的关系图。
图中，1为红外入射光；2为红外反射光；3为石墨烯层；4为六方氮化硼；5为二氧化硅衬底；6为电压源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种红外波段正负可调的光延时器，包括石墨烯层3、六方氮化硼4、二氧化硅衬底5，六方氮化硼4底部设有二氧化硅衬底5，六方氮化硼4顶部覆盖有石墨烯层3，石墨烯层3上外接电压源6；延时器置于空气中，红外入射光1从空气入射到器件上，然后通过红外反射光2反射回到空气中。
延时器整体为正方形，延时器边长为50μm。
所述石墨烯层3截面为正方形，石墨烯层3厚度为0.34nm~1.02nm，石墨烯层3边长为50μm。
所述六方氮化硼4截面为正方形，六方氮化硼4厚度为110nm，六方氮化硼4边长为50μm。
所述二氧化硅衬底5截面为正方形，二氧化硅衬底5厚度为2mm，二氧化硅衬底5边长为50μm，相对介电常数为3.9。
所述红外入射光1为横磁（tm）偏振光，工作波长为12~12.12μm。
当tm偏振光从入射光1输入端输入时，在石墨烯层3有外加电压，入射角度为45°，六方氮化硼4厚度为110nm的条件下，即当石墨烯费米能级ef=0.35ev时，延时器实现了30.93ps的延时；当费米能级0.7ev，其他条件不变时，延时器实现了71.71ps的延时；当费米能级1.05ev，其他条件不变时，延时器实现了56.93ps的延时；当改变石墨烯层数3（即厚度由0.34nm变为1.02nm）时，延时会有会有一定的变化；当改变入射角度从40~55°变换时，可以实现延时的正负切换，延时范围可达约-3.66~71.71ps；当改变六方氮化硼4厚度从100~130nm时可以实现延时的正负切换，延时范围可达约-69.8~71.71ps。
实施例一
光延时器截面为正方形，正方形边长为50μm。石墨烯层为单层石墨烯，厚度为0.34nm，六方氮化硼厚度为110μm，二氧化硅衬底厚度为2mm，相对介电常数为3.9，入射角度θ=45°。当石墨烯层费米能级ef=0.35ev时，延时器实现了30.93ps的延时；当费米能级0.7ev，其他条件不变时，延时器实现了71.71ps的延时；当费米能级1.05ev，其他条件不变时，延时器实现了56.93ps的延时。使用时可根据需要选择合适的费米能级。
实施例二
光延时器截面为正方形，正方形边长为50μm。六方氮化硼厚度为110nm，二氧化硅衬底厚度为2mm，相对介电常数为3.9，费米能级ef=0.7ev，入射角度θ=45°。当石墨烯层为单层石墨烯，厚度为0.34nm，延时器实现了71.71ps的延时；当石墨烯层为双层石墨烯，厚度为0.68nm，延时器实现了22.86ps的延时；当石墨烯层为三层石墨烯，厚度为1.02nm，延时器实现了6.36ps的延时；使用时可根据需要选择合适的层数。
实施例三
光延时器截面为正方形，正方形边长为50μm。石墨烯层为单层石墨烯，厚度为0.34nm，六方氮化硼厚度为110nm，二氧化硅衬底厚度为2mm，相对介电常数为3.9，费米能级ef=0.7ev。当入射角度θ=40°时，，延时器实现了5.36ps的延时；当入射角度θ=45°，其他条件不变时，延时器实现了71.71ps的延时；当入射角度θ=50°，其他条件不变时，延时器实现了-7.5ps的延时；当入射角度θ=55°，其他条件不变时，延时器实现了-3.66ps的延时。改变入射角度从40~55°变换时，可以实现延时的正负切换，延时范围可达约-3.66~71.71ps。使用时可根据需要选择合适的入射角度。
实施例四
光延时器截面为正方形，正方形边长为50μm。石墨烯层为单层石墨烯，厚度为0.34nm，二氧化硅衬底厚度为2mm，相对介电常数为3.9，费米能级ef=0.7ev，入射角度θ=45°。当六方氮化硼厚度为100nm时，延时器实现了22.74ps的延时；当六方氮化硼厚度为110nm，其他条件不变时，延时器实现了71.71ps的延时；当六方氮化硼厚度为120nm，其他条件不变时，延时器实现了-69.88ps的延时；当六方氮化硼厚度为130nm，其他条件不变时，延时器实现了-26.4ps的延时。改变六方氮化硼厚度从100~130nm时可以实现延时的正负切换，延时范围可达约-69.8~71.71ps。使用时可根据需要选择合适的六方氮化硼厚度。