一種石墨烯電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，包括光線角度調(diào)節(jié)部分、石墨烯和共振背反射柵極結(jié)構(gòu)，所述光線角度調(diào)節(jié)部分由較高折射率的棱鏡和較低折射率的介質(zhì)層構(gòu)成，石墨烯由較高摻雜的單層或多層石墨烯構(gòu)成，底層為由多層介質(zhì)布拉格反射鏡或金屬薄膜構(gòu)成的背反射鏡，石墨烯和底層之間設(shè)有一定厚度的間隔層，同時(shí)光線角度調(diào)節(jié)部分、底層或間隔層植入透明電極層也作為柵極，或是利用底層的金屬薄膜構(gòu)成柵極。本發(fā)明能有效地通過調(diào)整石墨烯和柵極之間的柵壓來調(diào)控石墨烯對(duì)紅外和可見光頻率范圍內(nèi)偏振光的吸收，從而調(diào)控光的偏振性或是光的強(qiáng)度，以制作低功耗和高效的電光調(diào)制器。
【專利說明】一種石墨烯電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種低功耗共振背反射石墨烯電光調(diào)制結(jié)構(gòu)，屬于電光調(diào)制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0003]光調(diào)制器在過去幾十年間得到了快速的發(fā)展，各種各樣的調(diào)制方法不斷涌現(xiàn)，如機(jī)械調(diào)制，電光調(diào)制，聲光調(diào)制，磁光調(diào)制和電源調(diào)制等。其中電光調(diào)制器開關(guān)響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成。因此，電光調(diào)制器在激光通信等方面具有重要的應(yīng)用。
[0004]然而在傳統(tǒng)電光調(diào)制器中主要基于材料的非線性光學(xué)特征，即通過外加電場(chǎng)來調(diào)控非線性光學(xué)材料的介電常數(shù)。由于光學(xué)材料的非線性系數(shù)通常較小，如要實(shí)現(xiàn)有效的光調(diào)制，需要較大的電壓來調(diào)控，從而功耗較大，且調(diào)制速度比較慢，調(diào)節(jié)帶寬較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種共振背反射石墨烯電光調(diào)制結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可在較小的電場(chǎng)下有效的調(diào)控石墨烯對(duì)光的吸收和反射，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效地降低電光調(diào)制的功耗和成本，提高調(diào)控速度和帶寬。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種石墨烯電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，包括光線角度調(diào)節(jié)部分、石墨烯層和共振背反射背柵極結(jié)構(gòu)。石墨烯層由較高摻雜的單層或多層石墨烯構(gòu)成，石墨烯層之上是由較高折射率的棱鏡和較低折射率的介質(zhì)層構(gòu)成的光線角度調(diào)節(jié)部分，通過折射將入射光轉(zhuǎn)換為大角度傾斜入射到石墨烯層；石墨烯層之下為透明絕緣層，絕緣層之下為透明電極層，絕緣層和透明電極層構(gòu)成的一定厚度的間隔層；底層為由多層介質(zhì)布拉格反射鏡或金屬薄膜構(gòu)成的背反射鏡，同時(shí)光線角度調(diào)節(jié)部分或底層或間隔層植入透明電極層作為柵極，或是利用底層的金屬薄膜構(gòu)成柵極。間隔層、背反射鏡和柵極構(gòu)成共振背反射背柵極結(jié)構(gòu)。
[0007]所述背反射鏡由多層介質(zhì)反射鏡或金屬薄膜構(gòu)成。多層介質(zhì)布拉格反射鏡由兩種介質(zhì)交替構(gòu)成，其折射率分別為巧和4，兩種介質(zhì)的厚度分別為M.和々如::，其中彳.為
M*.特征波長(zhǎng)，由石墨烯電光調(diào)制器工作波段的中心波長(zhǎng)和入射光角度決定。
[0008]所述間隔層為透明介質(zhì)層，其厚度由石墨烯電光調(diào)制器工作波段的中心波長(zhǎng)、入射光角度和背反射鏡決定。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述光線角度調(diào)節(jié)部分由較高折射率5的棱鏡和較低折射率I的介質(zhì)層構(gòu)成。由光折射公式可知在這兩者界面處光線的入射角色和折射角色滿足sin % =Lsin θ.,由于h 折射角大于入射角，此結(jié)構(gòu)可以將入射光轉(zhuǎn)換為大角度傾斜入射到石墨烯層。且與已有文獻(xiàn)報(bào)道不同，在本發(fā)明中滿足?巧<1 I,光在石墨
烯層表面的傳播角度小于90度，不會(huì)出現(xiàn)全反射現(xiàn)象。同時(shí)，較低折射率的介質(zhì)層的厚度較厚以消除光在本層的干涉。
[0010]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
1.本發(fā)明基于目前極為成熟的多層膜技術(shù)，并采用簡(jiǎn)單有效的光線調(diào)控系統(tǒng)，制作簡(jiǎn)單。且能有效地通過電壓來調(diào)控石墨烯的光吸收或反射。
[0011]2.本發(fā)明通過電壓調(diào)節(jié)石墨烯的費(fèi)米能級(jí)來調(diào)控石墨烯的光吸收，與傳統(tǒng)的非線性光學(xué)材料相比，調(diào)控所需要的功耗較小，帶寬很寬。有利于制作低功耗高帶寬的電光調(diào)制器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的示意圖。
[0013]圖2為實(shí)施例1所述石墨烯電光調(diào)制器的電壓調(diào)控。
[0014]圖3為實(shí)施例1所述石墨烯電光調(diào)制器的電壓調(diào)控。
[0015]圖4為實(shí)施例2所述石墨烯電光調(diào)制器的電壓調(diào)控。
[0016]在圖中1、棱鏡2、低折射率厚介質(zhì)層3、石墨烯層4、絕緣層5、透明電極層6、背反射鏡7、遮光板。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，一種共振背反射薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，在光傳播線路上依次設(shè)置棱鏡(I)、低折射率厚介質(zhì)層(2)、石墨烯層(3)、間隔層絕緣層(4)和透明電極層(5)構(gòu)成的間隔層、背反射鏡(6)，所述棱鏡(I)可以是但不限于三棱鏡或半圓柱形棱鏡，同時(shí)將低折射率厚介質(zhì)層(2)或背反射鏡(6)的多層介質(zhì)或絕緣層(4)植入透明電極層(5)作為柵極，或是利用底層的金屬薄膜構(gòu)成柵極，光在石墨烯層(3)表面入射角為80-90度傾斜入射。為便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0018]實(shí)施例1
光線角度調(diào)節(jié)部分設(shè)計(jì)如下:棱鏡(I)采用折射率為1.6的玻璃材料三棱鏡，三棱鏡頂角86度。低折射率厚介質(zhì)層為MgF2，相應(yīng)折射率為1.37。間隔層為30nm SiO2和297nm低摻雜ZnO薄膜，相應(yīng)SiO2折射率為1.44，ZnO的折射率為1.93。電壓加在ZnO層和石墨烯層之間，石墨烯費(fèi)米能級(jí)為436.5 meV。背反射鏡為SiO2和Si交替分布的布拉格反射鏡。入射光為TE模(電場(chǎng)分量平行于界面),波長(zhǎng)1.55微米,入射垂直于三棱鏡邊,激光光斑直徑 3mm。
[0019]通過計(jì)算模擬可得此出射光強(qiáng)度CVOtl隨2110層和石墨烯層之間電壓的變化情況，
O。是電壓為O時(shí)的情況。具體結(jié)果參照?qǐng)D2中的201線。在本發(fā)明中，柵壓改變不到10伏時(shí)，既可實(shí)現(xiàn)調(diào)控。
[0020]通過計(jì)算模擬可得此不同電壓下出射光強(qiáng)度O隨波長(zhǎng)的變化情況，具體結(jié)果參照?qǐng)D3中的301線(電壓-5伏)、302線(電壓O伏)、和303線(電壓5伏)?？梢姶擞姓{(diào)制器較大的帶寬，帶寬可以接近50nm。
[0021]實(shí)施例2 光線角度調(diào)節(jié)部分設(shè)計(jì)如下:棱鏡(I)采用折射率為1.6的玻璃材料半圓柱形棱鏡。低折射率厚介質(zhì)層為MgF2，相應(yīng)折射率為1.37。間隔層為30nm SiO2和297nm低摻雜ZnO薄膜，相應(yīng)SiO2折射率為1.44，ZnO的折射率為1.93。電壓加在ZnO層和石墨烯層之間，石墨烯費(fèi)米能級(jí)為436.5 meV。背反射鏡200nm銀薄膜。入射光為TE模(電場(chǎng)分量平行于界面)，波長(zhǎng)1.55微米，入射角47度，激光光斑直徑3mm。
[0022]通過計(jì)算模擬可得此出射光強(qiáng)度0/ O0隨ZnO層和石墨烯層之間電壓的變化情況，
O。是電壓為O時(shí)的情況。具體結(jié)果參照?qǐng)D4中的401線。在本發(fā)明中，柵壓改變不到10伏時(shí)，既可實(shí)現(xiàn)調(diào)控。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，包括光線角度調(diào)節(jié)部分、石墨烯層和共振背反射背柵極結(jié)構(gòu)，其特征是所述石墨烯層之上是由棱鏡和介質(zhì)層構(gòu)成的光線角度調(diào)節(jié)部分，石墨烯層之下為透明絕緣層，絕緣層之下為透明電極層，絕緣層和透明電極層構(gòu)成的一定厚度的間隔層，底層為由多層介質(zhì)布拉格反射鏡或金屬薄膜構(gòu)成的背反射鏡，同時(shí)光線角度調(diào)節(jié)部分或底層或間隔層植入透明電極層作為柵極，或是利用底層的金屬薄膜構(gòu)成柵極，間隔層、背反射鏡和柵極構(gòu)成共振背反射背柵極結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，其特征是所述石墨烯層由較高摻雜的單層或多層石墨烯構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，其特征是光在石墨烯層表面的入射角為80-90度傾 斜入射。
【文檔編號(hào)】G02F1/03GK104020589SQ201410226970
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】劉江濤, 劉念華 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)