本實(shí)用新型涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種周期光柵結(jié)構(gòu)的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置。
背景技術(shù)：
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(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的一種光波與可遷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)，使其在納米量級操縱光能量發(fā)揮著重要的作用。只有一個(gè)原子厚的石墨烯因具有強(qiáng)度大、導(dǎo)熱和導(dǎo)電效率高等特性，一直被認(rèn)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(dǎo)中實(shí)現(xiàn)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，F(xiàn)eng Wang團(tuán)隊(duì)率先在石墨烯周期條形波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)了SPP費(fèi)米能級的控制。然而上述結(jié)構(gòu)在進(jìn)行光刻后會顯著的降低石墨烯載流子遷移率，這使得SPP傳播距離、局域化程度降低，品質(zhì)因數(shù)過低。
通過檢索和查新發(fā)現(xiàn)，目前大都采用絕大部分的周期結(jié)構(gòu)的石墨烯SPP波導(dǎo)對于SPP局域化效應(yīng)都有一定的減弱，且傳播距離有限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種周期光柵結(jié)構(gòu)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(qiáng)SPP共振、提高周期石墨烯SPP波導(dǎo)傳播距離、且結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是：
一種周期光柵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；所述周期光柵結(jié)構(gòu)的脊中設(shè)有有機(jī)染料增益介質(zhì)；
石墨烯層，所述石墨烯層為陣列納米帶結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的石墨烯層疊接。
所述的二氧化硅基底層為絕緣層。
控制周期光柵結(jié)構(gòu)的光柵周期、石墨烯納米帶的寬度調(diào)節(jié)SPP共振頻率。
入射光為p偏振光垂直照射到陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1上石墨烯波導(dǎo)，垂直方向的衍射波因?yàn)槿瓷渥饔脤⒕钟蛟谑优c絕緣層二氧化硅基底層之間的周期光柵結(jié)構(gòu)中，形成光子與電子間的共振，進(jìn)而共振和光柵增強(qiáng)作用產(chǎn)生表面等離子體激元。
所述的陣列納米帶結(jié)構(gòu)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(shù)和寬度由碳納米管的層數(shù)和刻蝕時(shí)間來調(diào)控，通過改變陣列納米帶結(jié)構(gòu)層的石墨烯納米帶的寬度能夠調(diào)節(jié)SPP的共振頻率。
所述的周期光柵結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)入射光和SPP相位匹配，從而增強(qiáng)表面等離子體共振現(xiàn)象。
所述的有機(jī)染料增益介質(zhì)的加入能夠?yàn)楣鈻艑?dǎo)模電磁場提供傳播空間，且依據(jù)SPP共振頻率調(diào)節(jié)染料分子濃度，有利于降低SPP的傳播損耗、提高SPP的品質(zhì)因數(shù)Ｑ值。
這種裝置采用了衍射波激發(fā)SPP，利用了石墨烯高載流子遷移率特點(diǎn)，通過光柵結(jié)構(gòu)與染料分子提高SPP傳播特性，且能夠應(yīng)用控制光柵周期、石墨烯納米帶的寬度實(shí)現(xiàn)SPP共振頻率調(diào)節(jié)，這能夠?yàn)镾PP在新型光子器件、寬帶通訊系統(tǒng)、微小光子回路、光電子集成等方面應(yīng)用提供關(guān)鍵器件。
這種裝置能夠增強(qiáng)SPP共振、提高周期石墨烯SPP波導(dǎo)傳播距離、且結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)。
附圖說明
圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1.陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層 2.周期光柵結(jié)構(gòu)3.二氧化硅基底層4.有機(jī)染料增益介質(zhì)5.入射光。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步闡述，但不是對本實(shí)用新型的限定。
實(shí)施例：
參照圖1，一種周期光柵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)2；所述周期光柵結(jié)構(gòu)2的脊中設(shè)有有機(jī)染料增益介質(zhì)4；
石墨烯層，所述石墨烯層為陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1；
所述二氧化硅基底層3的上表面與陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1疊接。
所述的二氧化硅基底層3為絕緣層。
控制周期光柵結(jié)構(gòu)2的光柵周期、石墨烯層1中納米帶的寬度調(diào)節(jié)SPP共振頻率。
入射光5為p偏振光垂直照射到陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1上的石墨烯波導(dǎo)，垂直方向的衍射波因?yàn)槿瓷渥饔脤⒕钟蛟陉嚵屑{米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1與絕緣層二氧化硅基底層3之間的周期光柵結(jié)構(gòu)2中，形成光子與電子間的共振，進(jìn)而共振和光柵增強(qiáng)作用產(chǎn)生表面等離子體激元。
所述的陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1通過等離子體刻蝕工藝制作，制得的石墨烯的層數(shù)和寬度由碳納米管的層數(shù)和刻蝕時(shí)間來調(diào)控，通過改變陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1的納米帶的寬度能夠調(diào)節(jié)SPP的共振頻率。
所述的周期光柵結(jié)構(gòu)2能夠?qū)崿F(xiàn)入射光和SPP相位匹配，從而增強(qiáng)表面等離子體共振現(xiàn)象。
所述的有機(jī)染料增益介質(zhì)4的加入能夠?yàn)楣鈻艑?dǎo)模電磁場提供傳播空間，且依據(jù)SPP共振頻率調(diào)節(jié)染料分子濃度，有利于降低SPP的傳播損耗、提高SPP的品質(zhì)因數(shù)Ｑ值。