CN109273805B - 一种基于石墨烯的可调滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于石墨烯的可调滤波器,包括衬底层,所述衬底层的上方设置有半导体层，所述半导体层的上方设置有反射层，所述反射层的上方设置有波导层，所述波导层的上方设置有石墨烯层，该基于石墨烯的可调滤波器，通过石墨烯微层与波导层中传播的电磁波耦合，能够吸收特定波长的电磁波能量，形成滤波器功能，并且使用半导体层外接调控电压，从而形成能够调控石墨烯层介电常数，使得石墨烯层能够与波导层传播的不同频率的电磁波耦合，从而吸收不同频率的电磁波的能量，这样就实现了滤波器的带宽动态调整的功能。

Description

一种基于石墨烯的可调滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的可调滤波器。
背景技术
石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，它有着超宽带的光学响应谱、极强的非线性光学特性以及与硅基半导体工艺的兼容性，使其在新型光学和光电器件领域具有得天独厚的优势。在一定条件下，石墨烯表面传导电子与光子相互作用形成耦合电磁模(即，表面等离激元)。耦合电磁模局域性很强，能够突破衍射极限，可作光耦合器件中的信息载体。耦合电磁模最大的优势在于其传播常数能通过外部电场(或磁场)或化学掺杂的方式进行调节。
滤波器是微波与雷达馈线技术中广泛应用的元件之一。滤波器在通信系统间实现对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。现有技术的滤波器多为金属材质，在滤波器的结构和尺寸固定后，其工作带宽也已确定，不可动态调整。当滤波器的带宽需要调整的时候，只能更换滤波器，成本高，且操作复杂。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的无法实现滤波器的带宽动态调整的技术问题。
为此，本发明提供了一种基于石墨烯的可调滤波器,包括衬底层,所述衬底层的上方设置有半导体层，所述半导体层的上方设置有反射层，所述反射层的上方设置有波导层，所述波导层的上方设置有石墨烯层。
上述的一种基于石墨烯的可调滤波器，还包括第二波导层，所述衬底层的上方设置有反射层，有反射层的上方设置有波导层，所述波导层的上方设置有石墨烯层，所述石墨烯层的上方设置有第二波导层，所述第二波导层的上方设置有半导体层。
所述半导体层为硅或砷化镓。
所述半导体层的厚度为2μm～100μm。
所述反射层为氟化镁。
所述反射层的厚度为100nm～1000nm。
所述波导层为二氧化硅。
所述波导层为500nm～5000nm。
所述反射层的折射率小于波导层的折射率。
所述半导体层的上表面设置有周期性分布的凹槽。
本发明的有益效果：本发明提供的这种基于石墨烯的可调滤波器，通过石墨烯微层与波导层中传播的电磁波耦合，能够吸收特定波长的电磁波能量，形成滤波器功能，并且使用半导体层外接调控电压，从而形成能够调控石墨烯层介电常数，使得石墨烯层能够与波导层传播的不同频率的电磁波耦合，从而吸收不同频率的电磁波的能量，这样就实现了滤波器的带宽动态调整的功能。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是基于石墨烯的可调滤波器结构示意图一。
图2是基于石墨烯的可调滤波器结构示意图二。
图3是基于石墨烯的可调滤波器结构示意图三。
图4是石墨烯层结构示意图一。
图5是石墨烯层结构示意图二。
图6是石墨烯层结构示意图三。
图7是石墨烯层结构示意图四。
图中：1、衬底层；2、半导体层；3、反射层；4、波导层；5、石墨烯层；6、凹槽；7、第二波导层。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
为了解决现有技术中的无法实现滤波器的带宽动态调整的技术问题。本发明提供了一种如图1所示的基于石墨烯的可调滤波器,包括衬底层1,该衬底层1主要起到支撑作用，衬底层1可以使用二氧化硅、石英、玻璃等制成，所述衬底层1的上方设置有半导体层2，该半导体层2可以电连接外接的调控电压，从而形成栅极控制电压，在石墨烯层5与半导体层2之间形成一个可控的电场，通过该电场可以调控石墨烯层5的介电常数，所述半导体层2的上方设置有反射层3，所述反射层3的上方设置有波导层4，反射层3的折射率小于波导层4的折射率，这样，就可以使得电磁波能够在波导层4中传播，所述波导层4的上方设置有石墨烯层5，石墨烯层5与波导层4中传播的电磁波耦合，吸收特定波长的电磁波能量，形成滤波器功能；实际应用的时候，在石墨烯层5上加载检测电压，在半导体层2加载栅极控制电压，当电磁波入射时，石墨烯层5与波导层4中传播的电磁波耦合，吸收特定波长的电磁波能量，从而实现滤波器功能；同时，可以改变半导体层2上加载的栅极控制电压，使得半导体层2与石墨烯层5之间的电场发生改变，对石墨烯层5的介电常数进行调控，这样就可以调整石墨烯层5与波导层4中传播的电磁波能够进耦合的电磁波的频率，从而达到控制与石墨烯层5发生的共振的电磁波的波长的目的，实现在不同波段的检测。
另外一种实施方式，如图2所示，上述的一种基于石墨烯的可调滤波器，还包括第二波导层7，所述衬底层1的上方设置有反射层3，有反射层3的上方设置有波导层4，所述波导层4的上方设置有石墨烯层5，所述石墨烯层5的上方设置有第二波导层7，所述第二波导层7的上方设置有半导体层2；这样，有利于半导体层2距离石墨烯层5的距离更近些，使得半导体层2与石墨烯层5之间形成的电场更强，对石墨烯层5的介电常数影响更大，更有利于调控；第二波导层7的作用是隔离半导体层2与石墨烯层5，使得二者之间具有电场。
所述半导体层2为硅或砷化镓。
所述半导体层2的厚度为2μm～100μm，优先的可以选择10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、55μm、60μm、65μm等。
所述反射层3为氟化镁。
所述反射层3的厚度为100nm～1000nm。
所述波导层4、第二波导层7均为二氧化硅。
所述波导层4为500nm～5000nm，优先的可以选择550nm、600nm、700nm、800nm、900nm、2500nm等。
进一步的，如图3所示，所述半导体层2的上表面设置有周期性分布的凹槽6，这样就在半导体层2的上表面形成周期性的高度，给石墨烯微层5上加的电场就不同，对介电常数的调控程度不同，所以形成较宽频的吸收，有利于制备带阻滤波器，凹槽6的宽度、深度可以根据所要调控的电磁波的频率进行设定，一般设定在10μm～100μm，以能够与所要调控的电磁波发生共振为最适。
所述石墨烯层5为周期性石墨烯微结构制成，可以为各向同性结构，如图4、图5所示；也可以为各向异性结构，如图6、图7所示，当然也可以是其他的周期性结构，这样可以对不同特性的光波产生效应，从而影响到石墨烯层5的介电常数。
综上所述，该基于石墨烯的可调滤波器，通过石墨烯微层与波导层中传播的电磁波耦合，能够吸收特定波长的电磁波能量，形成滤波器功能，并且使用半导体层外接调控电压，从而形成能够调控石墨烯层介电常数，使得石墨烯层能够与波导层传播的不同频率的电磁波耦合，从而吸收不同频率的电磁波的能量，这样就实现了滤波器的带宽动态调整的功能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于石墨烯的可调滤波器,包括衬底层(1),其特征在于:所述衬底层(1)的上方设置有反射层(3)，反射层(3)的上方设置有波导层(4)，且所述反射层(3)的折射率小于波导层(4)的折射率；以使得电磁波在波导层(4)中传播；
所述波导层(4)的上方设置有石墨烯层(5)，所述石墨烯层(5)的上方设置有第二波导层(7)，所述第二波导层(7)的上方设置有半导体层(2)；其中，石墨烯层(5)为各向同性结构或各向异性结构，所述半导体层(2)的相对于石墨烯层(5)的一端面设置有周期性分布的凹槽(6)，且石墨烯层(5)和半导体层(2)上分别施压有电压，并通过第二波导层(7)的隔离使得石墨烯层(5)和半导体层(2)产生一个电场。
2.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的可调滤波器，其特征在于:所述半导体层(2)为硅或砷化镓。
3.如权利要求2所述的一种基于石墨烯的可调滤波器，其特征在于:所述半导体层(2)的厚度为2μm～100μm。
4.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的可调滤波器，其特征在于:所述反射层(3)为氟化镁。
5.如权利要求4所述的一种基于石墨烯的可调滤波器，其特征在于:所述反射层(3)的厚度为100nm～1000nm。
6.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的可调滤波器，其特征在于:所述波导层(4)为二氧化硅。
7.如权利要求6所述的一种基于石墨烯的可调滤波器，其特征在于:所述波导层(4)为500nm～5000nm。
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