一种基于石墨烯的混杂等离激元波导结构

文档序号:566866 发布日期:2021-05-18 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 一种基于石墨烯的混杂等离激元波导结构 (Hybrid plasmon waveguide structure based on graphene ) 是由 周开军 郭靖生 张洪 于 2021-01-21 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种基于石墨烯的混杂等离激元波导结构,包括:第一波导结构和第二波导结构,第一波导结构位于第二波导结构的上方;第二波导结构包括位于下层的第一电介质和平铺在第一电介质上的石墨烯;第一波导结构包括位于石墨烯之上的第二电介质和放置在第二电介质130上的第三电介质;第一电介质和第二电介质的折射率n的取值范围为1≤n≤2;第三电介质的折射率n&gt;2。本结构可以在太赫兹波段进行模式束缚,且利用石墨烯产生等离激元,使其模式可调。(The invention provides a graphene-based hybrid plasmon waveguide structure, which comprises: the waveguide structure comprises a first waveguide structure and a second waveguide structure, wherein the first waveguide structure is positioned above the second waveguide structure; the second waveguide structure comprises a first dielectric layer positioned at the lower layer and graphene paved on the first dielectric layer; the first waveguide structure includes a second dielectric over graphene and a third dielectric disposed on the second dielectric 130; the value range of the refractive index n of the first dielectric medium and the second dielectric medium is more than or equal to 1 and less than or equal to 2; the refractive index n of the third dielectric is &gt; 2. Mode constraint can be carried out at terahertz wave band to this structure, and utilizes graphite alkene to produce the plasmon, makes its mode adjustable.)

一种基于石墨烯的混杂等离激元波导结构

技术领域

本发明涉及波导结构技术领域,尤其涉及一种基于石墨烯的混杂等离激元波导结构。

背景技术

传统的混杂等离激元波导主要是基于金属产生等离激元模式,但是基于金属产生的等离激元模式不可调,并且基于金属的混杂等离激元波导的研究主要集中在通信波段,其在太赫兹波段的模式束缚性较差。

传统的电介质加载的石墨烯等离激元波导、石墨烯多层结构波导以及石墨烯脊型等离激元波导,虽然利用了石墨烯的可调特性,能够实现模式的动态可调,但是其模式束缚能力依然较差。

因此,亟需一种可以实现模式的动态可调且模式束缚能力强的波导结构。

发明内容

本发明提供了一种基于石墨烯的混杂等离激元波导结构,以解决现有技术问题中存在的缺陷。

为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案。

一种基于石墨烯的混杂等离激元波导结构,包括:第一波导结构和第二波导结构,所述的第一波导结构位于所述第二波导结构的上方;

所述第二波导结构包括位于下层的第一电介质110和平铺在所述第一电介质上的石墨烯120;

所述第一波导结构包括位于所述石墨烯120之上的第二电介质130和放置在所述第二电介质130上的第三电介质140;

所述的第一电介质110和第二电介质130的折射率n的取值范围为1≤n≤2;所述的第三电介质140的折射率n>2。

优选地,第二电介质130的端面上的横向宽度和第三电介质140的端面上的横向宽度均小于30μm,所述第二电介质130的端面上的纵向宽度小于7μm。

优选地,第三电介质140为椭圆柱结构,所述椭圆柱的长度大于0且小于等于1cm。

优选地,椭圆柱结构的端面上的长轴或短轴为水平方向,且所述的石墨烯平面和所述第二电介质130的上表面均为水平面。

优选地,椭圆柱结构的端面上的竖直方向为短轴,水平方向为长轴,长轴与短轴比例为5:3。

优选地,短轴为12μm,长轴20μm。

优选地,第一电介质110和第二电介质130为HDPE,折射率为1.54,所述第三电介质140为GaAs,折射率为3.6。

优选地,第一电介质110或第二电介质130为MgF2、SiO2和KCl中的任意一种,所述第三电介质140为ZnO、CdS和Si中的任意一种。

优选地,石墨烯120的层数为1-5层。

由上述本发明的一种基于石墨烯的混杂等离激元波导结构提供的技术方案可以看出,本发明的结构能够在太赫兹波段进行模式束缚,且利用石墨烯产生等离激元,使其模式可调。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例的基于石墨烯的混杂等离激元波导结构端面示意图;

图2为本实施例的基于石墨烯的混杂等离激元波导结构侧视图。

附图标记说明:

110第一电介质 120石墨烯 130第二电介质 140第三电介质

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解,当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者也可以存在中间元件。此外,这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解,下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明,且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例

图1为本实施例的基于石墨烯的混杂等离激元波导结构端面示意图,图2为本实施例的基于石墨烯的混杂等离激元波导结构侧视图,参照图1和图2,该结构包括:第一波导结构和第二波导结构,第一波导结构位于第二波导结构的上方;第二波导结构包括位于下层的第一电介质110和平铺在第一电介质上的石墨烯120;第一波导结构包括位于石墨烯120之上的第二电介质130和放置在第二电介质130上的第三电介质140。

需要说明的是,第一电介质110和第二电介质130的折射率n的取值范围为1≤n≤2;第三电介质140的折射率n>2。

第二电介质130的端面上的横向宽度和第三电介质140的端面上的横向宽度均小于30μm,所述第二电介质130的端面上的纵向宽度小于7μm。

示意性地,本实施例中第三电介质140为椭圆柱结构,椭圆柱的长度大于0且小于等于1cm。

椭圆柱结构上的端面上的长轴或短轴为水平方向,且石墨烯平面和第二电介质130的上表面均为水平面。

本实施例中椭圆柱结构的端面上的竖直方向为短轴,水平方向为长轴,长轴与短轴比例为5:3。短轴为12μm,长轴20μm。

具体地,本实施例中的第一电介质110和第二电介质130为HDPE,折射率为1.54,第三电介质140为GaAs,折射率为3.6。

另外,第一电介质110或第二电介质130还可以为MgF2、SiO2和KCl中的任意一种,第三电介质140还可以为ZnO、CdS和Si中的任意一种。

优选地,石墨烯120的层数为1-5层。

针对本实施例的具体应用结果如下:

1、在固定石墨烯的费米能级为0.5eV,层数为3层,GaAs椭圆柱结构端面上竖直方向为短轴,水平方向为长轴,短轴为12μm,长轴20μm,第二电介质HDPE130的端面上的横向宽度为20μm,端面上的纵向宽度为0.5μm时,该结构中所支持的基态混杂模式的模场面积可达~10-3λ2,实现深亚波长束缚,传输长度达几十微米。

2、当第二电介质HDPE130端面上的横向宽度为5μm时,该结构中所支持的基态混杂模式的模场面积达~10-1λ2,传输长度可达几十毫米。

综上,在调节石墨烯的费米能级为0.2eV-0.8eV时,可以实现可调的基态混杂模式,其模场面积(~10-4-10-12

本领域技术人员应能理解,图1仅为简明起见而示出的各类网络元素的数量可能小于一个实际结构中的数量,但这种省略无疑是以不会影响对发明实施例进行清楚、充分的公开为前提的。

通过以上的实施方式的描述可知,本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

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