CN104536161B - 一种固定频率慢波可调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固定频率慢波可调装置，由介质衬底以及设置在介质衬底上的石墨烯条组成，石墨烯条有四根，其中两个石墨烯条呈竖直紧密排列，作为类电磁诱导透明的亮态单元，另外两个石墨烯条上下水平相隔一定距离排列，作为类电磁诱导透明的暗态单元。与现有技术相比，本发明结构小型化，另外由于石墨烯在太赫兹波段的光学响应十分强烈，所以在传播方向上只有一层结构就可以实现光速六个数量级的降低，而且石墨烯的费米能级对外界电压十分敏感，所以通过调节装置的外界电压就可以调节石墨烯的光学响应，实现慢波可调。

Description

一种固定频率慢波可调装置
技术领域
本发明涉及一种调节波长装置，尤其是涉及一种固定频率慢波可调装置。
背景技术
慢波可调作为实现光子通讯最重要的一环(光开关和光存储)被人们广泛研究。在现有的技术当中，人们采用原子体系的电磁诱导透明来实现慢波技术，最高纪录可以实现将光速由30万公里每秒降低到7米每秒。原子体系的电磁感应透明是指利用另一束激光对原子媒质的光学响应进行调控，使得原本的二能级原子体系内其中一个能级(基态或者激发态)发生简并分裂。这样，有两种方式到达激发态，出现干涉相消，使其在原本的吸收谱内出现一个很窄的透明窗口。同时，透明窗口内原本由二能级共振所引起的反常色散变成了极其强烈的正常色散。电磁感应透明可以使光脉冲变慢，以及导致非常强的非线性相互作用。但是在原子体系里面实现的话，需要极低的温度和强磁场。这样对应用要求非常严格。
最近在自然通讯杂志上刊出由人工特异材料组成的类电磁诱导透明实现慢波可调。该人工特异单元结构由一个金属线和两个金属开口环组成。其中开口环的缺口由光照硅材料填充。当光照射到结构的时候，硅材料的折射率发生变化。这种变化导致开口环的光学响应损耗增大。通过不同的光照强度，对应到不同的光学响应损耗。这样可以实现类电磁诱导透明的慢波可调。但是这种类电磁诱导透明实现的慢波可调也有一个缺点就是对光照强度要求严格，并不利于应用。
中国专利CN103268970A公开了基于微带线的可调慢波器件，包括介质板、开口谐振环、电感元件，开口谐振环、电感元件均设置在介质板上；开口谐振环包括外开口谐振环、内开口谐振环，外开口谐振环套设在内开口谐振环的外围，电感元件设置在外开口谐振环一侧；外开口谐振环和内开口谐振环中间加载变容二极管；该基于微带线的可调慢波器件工作频率范围可通过外加直流电压进行调控。但是其体积较大，且灵敏度相对不高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以实现在太赫兹波段的固定频率中实现慢波可调的装置。这种慢波可调装置由石墨烯的条组成。他们可以构成类经典体系的电磁诱导透明现象。由于石墨烯的厚度非常薄，我们的装置可以做到小型化。另外由于石墨烯在太赫兹波段的光学响应十分强烈，所以在传播方向上只有一层结构就可以实现光速六个数量级的降低。而且石墨烯的费米能级对外界电压十分敏感，所以通过调节装置的外界电压，我们就可以调节石墨烯的光学响应，从而实现慢波可调。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种固定频率慢波可调装置，由介质衬底以及设置在介质衬底上的石墨烯条组成，所述的石墨烯条有四根，其中两个石墨烯条呈竖直紧密排列，作为类电磁诱导透明的亮态单元，另外两个石墨烯条上下水平相隔一定距离排列，作为类电磁诱导透明的暗态单元。
优选地，作为类电磁诱导透明的亮态单元的两个石墨烯条外接不同的外界电压，两个石墨烯条的长度和宽度分别为65nm和10nm。
优选地，作为类电磁诱导透明的暗态单元的两个石墨烯条的长度和宽度分别为49nm和12nm，两个石墨烯条之间的距离为8nm。
优选地，亮态单元和暗态单元之间的距离为20nm。
优选地，介质衬底的介电常数为2.1，起到支撑石墨烯条的作用。
优选地，作为类电磁诱导透明的亮态单元的两个石墨烯条接收的外界电压为0.15、0.3和0.5电子伏特，作为类电磁诱导透明的暗态单元的两个石墨烯条接收的外界电压为0.3电子伏特。这样亮态和暗态的耦合强度变化可以通过改变不同的亮态电压来实现。不同的耦合强度可以实现不同的慢波响应，从而达到慢波可调。
与现有技术相比，本发明具有如下的效果和优点：
1、由于本发明是由石墨烯条和介质衬底组成的慢波可调装置。慢波的光学响应频率由石墨烯条的形状，大小来调节。工作频率的波长，远远小于其尺寸，因此该结构的尺度很小，一般可以小于λ/100，远比普通经典类电磁诱导透明结构小。
2、由于本发明使用的石墨烯条在太赫兹波段的光学响应十分强烈，所以在传播方向上只有一层结构就可以实现光速六个数量级的降低。
3、由于本发明使用的石墨烯条的光学响应对于外界电压十分敏感，所以通过调节装置的外界电压，就可以实现慢波可调，相比其他光学调控，我们的调控简单方便。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明的左视结构示意图；
图3为本发明给亮态的两个石墨烯条施加不同偏压的电场响应图；
图4为亮态两个石墨烯条不同偏压导致的不同的透射谱和对应的群延时图。
图中，1-介质衬底、2-石墨烯条。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种固定频率慢波可调装置，其结构如图1-2所示，由介质衬底1以及设置在介质衬底1上的四根石墨烯条2组成。石墨烯条2组成结构为经典类电磁诱导透明的单元结构。其中亮态由两个紧密竖直排列的石墨烯条组成。暗态为两个石墨烯条上下平行排列组成。其中亮态的两个石墨烯条2长和宽分别为65和10nm。暗态的两个石墨烯条2长和宽分别为49和12纳米。介质衬底介电常数为2.1。暗态两个条相距8纳米。亮态和暗态距离为20nm。单元周期为120纳米。亮态石墨烯的电压对应费米能级选择0.15，0.3和0.5电子伏特三个参数。暗态费米能级为0.3电子伏特保持不变。
本发明采用工作在23THz左右发射源入射。发射源放置在样品上方，电场沿竖直方向正入射。本发明分别对装置的亮态的场分布，装置整体的透射谱和群延时进行测量。测量的亮态场分布和透射率见图3，亮态两个石墨烯条采用相同的和不同的费米能级，这样可看到，对应相同的费米能级整体的电场响应左右均匀。对应不同的费米能级，电场响应左右并不均匀。利用这种不均匀的电场响应，亮态的石墨烯条由0.15变化到0.5电子伏特，亮态和暗态耦合强度发生变化，对应透射谱和群延时，结果见图4。可以见到对应透射谱中在23THz左右的透明窗口的透射率发生了变化。对应透明窗口的群延时也发生了变化。

Claims (6)

1.一种固定频率慢波可调装置，其特征在于，该装置由介质衬底以及设置在介质衬底上的石墨烯条组成，所述的石墨烯条有四根，其中两个石墨烯条呈竖直紧密排列，作为类电磁诱导透明的亮态单元，另外两个石墨烯条上下水平相隔一定距离排列，作为类电磁诱导透明的暗态单元；
作为类电磁诱导透明的亮态单元的两个石墨烯条外接不同的外界电压，作为类电磁诱导透明的亮态单元的两个石墨烯条接收的外界电压为0.15、0.3和0.5电子伏特，作为类电磁诱导透明的暗态单元的两个石墨烯条接收的外界电压为0.3电子伏特。
2.根据权利要求1所述的一种固定频率慢波可调装置，其特征在于，作为类电磁诱导透明的亮态单元的两个石墨烯条的长度和宽度分别为65nm和10nm。
3.根据权利要求1所述的一种固定频率慢波可调装置，其特征在于，作为类电磁诱导透明的暗态单元的两个石墨烯条的长度和宽度分别为49nm和12nm。
4.根据权利要求1所述的一种固定频率慢波可调装置，其特征在于，作为类电磁诱导透明的暗态单元的两个石墨烯条之间的距离为8nm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种固定频率慢波可调装置，其特征在于，所述的亮态单元和暗态单元之间的距离为20nm。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种固定频率慢波可调装置，其特征在于，所述的介质衬底的介电常数为2.1。
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