CN105866883A - 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置 - Google Patents

一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105866883A
CN105866883A CN201610311857.4A CN201610311857A CN105866883A CN 105866883 A CN105866883 A CN 105866883A CN 201610311857 A CN201610311857 A CN 201610311857A CN 105866883 A CN105866883 A CN 105866883A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spp
graphene
layer
grating structure
periodic grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610311857.4A
Other languages
English (en)
Inventor
朱君
徐汶菊
秦柳丽
傅得立
朱勇建
宋树祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi Normal University
Original Assignee
Guangxi Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi Normal University filed Critical Guangxi Normal University
Priority to CN201610311857.4A priority Critical patent/CN105866883A/zh
Publication of CN105866883A publication Critical patent/CN105866883A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/008—Surface plasmon devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/12—Reflex reflectors
    • G02B5/122—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
    • G02B5/124—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type plural reflecting elements forming part of a unitary plate or sheet

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置，其特征是，包括二氧化硅基底层和石墨烯层，所述的二氧化硅基底层的上表面刻蚀有周期光栅结构；所述周期光栅结构的脊中设有有机染料增益介质；所述石墨烯层为阵列纳米带结构的石墨烯层；所述二氧化硅基底层的上表面与阵列纳米带结构的石墨烯层叠接。这种装置能够增强SPP共振、提高周期石墨烯SPP波导传播距离、且结构简单、易于实现。

Description

一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体是一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置。
背景技术
表面等离子体激元(Surface plasmon polariton,简称SPP)是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迁移的表面电荷之间电磁模，可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的限制。正因为SPP这种独特的性质，使其在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用。只有一个原子厚的石墨烯因具有强度大、导热和导电效率高等特性，一直被认为是硅的“接班人”，随着近年来石墨烯材料研究的再次迅速升温，石墨烯波导中实现spp传输特性成为了可能，这就为克服其带隙“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页上登载的“Graphene plasmonics for tunable terahertz metamaterials”一文，Feng Wang团队率先在石墨烯周期条形波导中实现了SPP费米能级的控制。然而上述结构在进行光刻后会显著的降低石墨烯载流子迁移率，这使得SPP传播距离、局域化程度降低，品质因数过低。
通过检索和查新发现，目前大都采用绝大部分的周期结构的石墨烯SPP波导对于SPP局域化效应都有一定的减弱，且传播距离有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置。这种装置能够增强SPP共振、提高周期石墨烯SPP波导传播距离、且结构简单、易于实现。
实现本发明目的的技术方案是：
一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置，包括
二氧化硅基底层，所述的二氧化硅基底层的上表面刻蚀有周期光栅结构；所述周期光栅结构的脊中设有有机染料增益介质；
石墨烯层，所述石墨烯层为阵列纳米带结构的石墨烯层；
所述二氧化硅基底层的上表面与阵列纳米带结构的石墨烯层叠接。
所述的二氧化硅基底层为绝缘层。
控制周期光栅结构的光栅周期、石墨烯纳米带的宽度调节SPP共振频率。
入射光为p偏振光垂直照射到阵列纳米带结构的石墨烯层1上石墨烯波导，垂直方向的衍射波因为全反射作用将局域在石墨烯层与绝缘层二氧化硅基底层之间的周期光栅结构中，形成光子与电子间的共振，进而共振和光栅增强作用产生表面等离子体激元。
所述的阵列纳米带结构的石墨烯层通过等离子体刻蚀工艺制作，制得的石墨烯的层数和宽度由碳纳米管的层数和刻蚀时间来调控，通过改变阵列纳米带结构层的石墨烯纳米带的宽度能够调节SPP的共振频率。
所述的周期光栅结构能够实现入射光和SPP相位匹配，从而增强表面等离子体共振现象。
所述的有机染料增益介质的加入能够为光栅导模电磁场提供传播空间，且依据SPP共振频率调节染料分子浓度，有利于降低SPP的传播损耗、提高SPP的品质因数Ｑ值。
这种装置采用了衍射波激发SPP，利用了石墨烯高载流子迁移率特点，通过光栅结构与染料分子提高SPP传播特性，且能够应用控制光栅周期、石墨烯纳米带的宽度实现SPP共振频率调节，这能够为SPP在新型光子器件、宽带通讯系统、微小光子回路、光电子集成等方面应用提供关键器件。
这种装置能够增强SPP共振、提高周期石墨烯SPP波导传播距离、且结构简单、易于实现。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图中，1.阵列纳米带结构的石墨烯层 2.周期光栅结构3.二氧化硅基底层4.有机染料增益介质5.入射光。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置，包括
二氧化硅基底层3，所述的二氧化硅基底层3的上表面刻蚀有周期光栅结构2；所述周期光栅结构2的脊中设有有机染料增益介质4；
石墨烯层，所述石墨烯层为阵列纳米带结构的石墨烯层1；
所述二氧化硅基底层3的上表面与阵列纳米带结构的石墨烯层1叠接。
所述的二氧化硅基底层3为绝缘层。
控制周期光栅结构2的光栅周期、石墨烯层1中纳米带的宽度调节SPP共振频率。
入射光5为p偏振光垂直照射到阵列纳米带结构的石墨烯层1上的石墨烯波导，垂直方向的衍射波因为全反射作用将局域在阵列纳米带结构的石墨烯层1与绝缘层二氧化硅基底层3之间的周期光栅结构2中，形成光子与电子间的共振，进而共振和光栅增强作用产生表面等离子体激元。
所述的阵列纳米带结构的石墨烯层1通过等离子体刻蚀工艺制作，制得的石墨烯的层数和宽度由碳纳米管的层数和刻蚀时间来调控，通过改变阵列纳米带结构的石墨烯层1的纳米带的宽度能够调节SPP的共振频率。
所述的周期光栅结构2能够实现入射光和SPP相位匹配，从而增强表面等离子体共振现象。
所述的有机染料增益介质4的加入能够为光栅导模电磁场提供传播空间，且依据SPP共振频率调节染料分子浓度，有利于降低SPP的传播损耗、提高SPP的品质因数Ｑ值。

Claims (1)

1.一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置，其特征是，包括
二氧化硅基底层，所述的二氧化硅基底层的上表面刻蚀有周期光栅结构；所述周期光栅结构的脊中设有有机染料增益介质；
石墨烯层，所述石墨烯层为阵列纳米带结构的石墨烯层；
所述二氧化硅基底层的上表面与阵列纳米带结构的石墨烯层叠接。
CN201610311857.4A 2016-05-12 2016-05-12 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置 Pending CN105866883A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610311857.4A CN105866883A (zh) 2016-05-12 2016-05-12 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610311857.4A CN105866883A (zh) 2016-05-12 2016-05-12 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105866883A true CN105866883A (zh) 2016-08-17

Family

ID=56631930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610311857.4A Pending CN105866883A (zh) 2016-05-12 2016-05-12 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105866883A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106526724A (zh) * 2016-12-28 2017-03-22 广西师范大学 一种基于硫化镉纳米线与石墨烯纳米带的spp传播装置
CN106526725A (zh) * 2016-12-28 2017-03-22 广西师范大学 一种基于半导体增益和石墨烯的spp装置
CN106680910A (zh) * 2016-12-20 2017-05-17 哈尔滨工程大学 一种阵列光栅激发的石墨烯表面消色散Airy光束发生器
CN107121716A (zh) * 2017-06-28 2017-09-01 电子科技大学 一种电子注耦合激励表面等离子体激元的方法
CN107147006A (zh) * 2017-06-21 2017-09-08 广西师范大学 基于石墨烯和脊型波导的表面等离子激光器
CN107843947A (zh) * 2016-12-20 2018-03-27 哈尔滨工程大学 一种基于平面衍射的石墨烯表面特种光束发生器
CN107908019A (zh) * 2017-11-30 2018-04-13 青岛大学 石墨烯表面等离激元阵列波导周期性自成像器件的制备方法
CN109765648A (zh) * 2019-03-12 2019-05-17 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 石墨烯表面等离激元器件、表面等离激元波导及光电器件
CN110244391A (zh) * 2019-05-14 2019-09-17 郑州大学 基于石墨烯条带结构可实现等离激元诱导透明窗口开关效应的超材料及其应用
CN111239082A (zh) * 2020-01-21 2020-06-05 东北大学秦皇岛分校 一种基于石墨烯-银光栅的表面等离子体共振传感器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102569969A (zh) * 2012-01-10 2012-07-11 东南大学 基于石墨烯的表面等离子体极化波可变传播宽度波导
CN104570204A (zh) * 2014-12-22 2015-04-29 广西师范大学 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置
CN204424292U (zh) * 2015-03-17 2015-06-24 常熟理工学院 一种表面等离增强型石墨烯硅基太阳能电池
CN204462441U (zh) * 2015-01-19 2015-07-08 广西师范大学 一种加载玻璃的非对称的SiO2-金膜-SiO2波导结构的表面等离子体激元传播装置
WO2015173580A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 The University Of Manchester Improved plasmonic structures and devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102569969A (zh) * 2012-01-10 2012-07-11 东南大学 基于石墨烯的表面等离子体极化波可变传播宽度波导
WO2015173580A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 The University Of Manchester Improved plasmonic structures and devices
CN104570204A (zh) * 2014-12-22 2015-04-29 广西师范大学 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置
CN204462441U (zh) * 2015-01-19 2015-07-08 广西师范大学 一种加载玻璃的非对称的SiO2-金膜-SiO2波导结构的表面等离子体激元传播装置
CN204424292U (zh) * 2015-03-17 2015-06-24 常熟理工学院 一种表面等离增强型石墨烯硅基太阳能电池

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106680910A (zh) * 2016-12-20 2017-05-17 哈尔滨工程大学 一种阵列光栅激发的石墨烯表面消色散Airy光束发生器
CN107843947A (zh) * 2016-12-20 2018-03-27 哈尔滨工程大学 一种基于平面衍射的石墨烯表面特种光束发生器
CN106680910B (zh) * 2016-12-20 2019-05-21 哈尔滨工程大学 一种阵列光栅激发的石墨烯表面消色散Airy光束发生器
CN106526724A (zh) * 2016-12-28 2017-03-22 广西师范大学 一种基于硫化镉纳米线与石墨烯纳米带的spp传播装置
CN106526725A (zh) * 2016-12-28 2017-03-22 广西师范大学 一种基于半导体增益和石墨烯的spp装置
CN107147006A (zh) * 2017-06-21 2017-09-08 广西师范大学 基于石墨烯和脊型波导的表面等离子激光器
CN107121716A (zh) * 2017-06-28 2017-09-01 电子科技大学 一种电子注耦合激励表面等离子体激元的方法
CN107908019A (zh) * 2017-11-30 2018-04-13 青岛大学 石墨烯表面等离激元阵列波导周期性自成像器件的制备方法
CN109765648A (zh) * 2019-03-12 2019-05-17 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 石墨烯表面等离激元器件、表面等离激元波导及光电器件
CN110244391A (zh) * 2019-05-14 2019-09-17 郑州大学 基于石墨烯条带结构可实现等离激元诱导透明窗口开关效应的超材料及其应用
CN111239082A (zh) * 2020-01-21 2020-06-05 东北大学秦皇岛分校 一种基于石墨烯-银光栅的表面等离子体共振传感器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105866883A (zh) 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置
CN205749978U (zh) 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置
Wu et al. Epsilon-near-zero photonics: infinite potentials
Cheng et al. 2D materials enabled next‐generation integrated optoelectronics: from fabrication to applications
Cen et al. Plasmonic absorption characteristics based on dumbbell-shaped graphene metamaterial arrays
Schuller et al. Plasmonics for extreme light concentration and manipulation
Bao et al. Graphene photonics, plasmonics, and broadband optoelectronic devices
Shiue et al. Enhanced photodetection in graphene-integrated photonic crystal cavity
Zuo et al. Broadband multi-wavelength optical sensing based on photothermal effect of 2D MXene films
Ma et al. Recent advances on hybrid integration of 2D materials on integrated optics platforms
Mushtaq et al. Nonlinear optical properties of benzylamine lead (II) bromide perovskite microdisks in femtosecond regime
Zangeneh et al. Enhanced sensing of terahertz surface plasmon polaritons in graphene/J-aggregate coupler using FDTD method
Liu et al. Enhanced optical transmission of a continuous metal film with double metal cylinder arrays
Savaliya et al. Tunable optical switching in the near-infrared spectral regime by employing plasmonic nanoantennas containing phase change materials
WO2017007816A1 (en) A method to fabricate chip-scale electronic photonic (plasmonic) - integrated circuits
Bora et al. Plasmonic black metals in resonant nanocavities
Bahadori-Haghighi et al. Double-layer graphene optical modulators based on Fano resonance in all-dielectric metasurfaces
Liu et al. Silicon antennas metasurface based light absorber with quantitatively adjustable operating frequency and intensity
Wang et al. The development and progression of micro-nano Optics
Ji et al. Perovskite photonic crystal photoelectric devices
Huang et al. Recent progress in waveguide-integrated photodetectors based on 2D materials for infrared detection
CN107329207A (zh) 一种石墨烯‑半导体双脊型混合表面等离子波导结构
CN206594323U (zh) 一种基于半导体增益和石墨烯的spp装置
Sun et al. All-optical modulation based on MoS2-Plasmonic nanoslit hybrid structures
CN104570204A (zh) 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160817

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication