CN109752785A - 一种电驱动的圆偏振光光源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电驱动的圆偏振光光源，包括衬底层，所述衬底层上方设置有金属层，所述金属层的上方设置有量子阱层，所述量子阱层的上方设置有石墨烯层，所述石墨烯层上设置有多个手性金属结构构成的阵列；该电驱动的圆偏振光光源，能够直接产生圆偏振光，通过使用手性金属结构，使得线偏振光的相位产生偏差，从而在叠加后成为圆偏振光，不需要使用o光和e光穿过补偿器来产生圆偏振光，所产生的圆偏振光，可以通过调节加载在量子阱层的电压进行调节，方便且节省时间。

Description

一种电驱动的圆偏振光光源

技术领域

本发明属圆偏振光光源技术领域，具体涉及一种电驱动的圆偏振光光源。

背景技术

圆偏振光是旋转电矢量端点描出圆轨迹产生光，是椭圆偏振光的特殊情形。当传播方向相同，振动方向相互垂直且相位差恒定为π的两平面偏振光叠加后可合成电矢量有规则变化的圆偏振光。

现有技术中，产生圆偏振光是比较常见的方法是通过巴俾涅补偿器和索累补偿器。

巴俾涅补偿器是由光轴相互垂直的两块石英楔形板组成的复合棱镜，其中楔形板的折射角α很小。当线偏振光垂直地射入补偿器时，在上楔板内，线偏振光分解为o光和e光两部分，它们沿着同一方向传播，o、e两光的位相差δ1取决于它们在上楔板中所穿过的晶体厚度d1，但是在下楔板内，由于上、下两楔板的晶体光轴相互垂直，所以在上楔板内的o光和e光进入下楔板内就分别变成了e光和o光，它们间的位相差δ2取决于它们在下楔板内穿过的晶体厚度d2。

在巴俾涅补偿器内，当偏振光在两楔的中央穿过d1＝d2，则自补偿器出射的o光和e光之间位相差为零。当偏振光在上楔板中穿过的晶体厚度d1与在下楔板中穿过的晶体厚度d2不同时，则两光间产生一定的位相差。所以随着光通过楔板的不同水平位置，就能得到不同的位相差，也就是得到不同的椭圆偏振光。显然，为了使光束截面上各点的位相差相同，这种补偿器必须使用极细的光束,这是它的缺点。为了克服这一缺点，可以采用索累补偿器。

索累补偿器是由两个光轴平行的石英楔板和一个光轴垂直于两楔板光轴的石英平行平面板组成的复合棱镜。上楔板可由微动螺旋使其本身作平行的移动。当上楔板这样移动时，两楔板的总厚度可连续改变。当两楔板的总厚度等于下面石英平行平面板的厚度时，穿过补偿器的o光和e光之间位相差为零。由改变两楔板总厚度与石英平行平面板厚度之差即可得到较宽截面上有相同位相差的光束。

现有技术中，尚无直接产生圆偏振光的光源，如果能设计一种直接产生圆偏振光的光源，就不需要调节频繁的调节补偿器产生圆偏振光，可以大大提高各种光学实验的效率，推广圆偏振光的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够直接产生圆偏振光的光源。

为此，本发明提供了一种电驱动的圆偏振光光源，包括衬底层，所述衬底层上方设置有金属层，所述金属层的上方设置有量子阱层，所述量子阱层的上方设置有石墨烯层，所述石墨烯层上设置有多个手性金属结构构成的阵列。

所述手性金属结构为L形金属结构。

所述L形金属结构的两臂的长度相同，L形金属结构的两臂宽度不同。

所述L形金属结构的两臂的长度均为100nm，L形金属结构的一臂宽度为30nm，L形金属结构的另一臂宽度为50nm。

所述L形金属结构的周期为200nm。

所述衬底层上还设置有包裹套，该包裹套设置于由金属层、量子阱层、石墨烯层构成的多层结构的外围。

所述包裹套分为绝缘层、挡光层；所述挡光层设置于绝缘层的外围。

所述金属层的厚度为100mm～500mm。

所述量子阱层为GaAs或InGaAs制成。

所述量子阱层的厚度为50nm～80nm。

本发明的有益效果：本发明提供的这种能够直接产生圆偏振光的光源，通过使用手性金属结构，使得线偏振光的相位产生偏差，从而在叠加后成为圆偏振光，不需要使用o光和e光穿过补偿器来产生圆偏振光，所产生的圆偏振光，可以通过调节加载在量子阱层的电压进行调节，方便且节省时间。利用石墨烯作为电极可以使量子阱层发出的光能完全透射过电极，并且石墨烯可以提供更多的载流子，增强量子阱层的发光效率。

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是电驱动的圆偏振光光源的结构示意图。

图中：1、衬底层；2、金属层；3、量子阱层；4、石墨烯层；5、L形金属结构；6、包裹套；7、绝缘层；8、挡光层。

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

本实施例提供了一种如图1所示的电驱动的圆偏振光光源，包括主要起支撑作用的衬底层1，所述衬底层1上方设置有作为电源负极的金属层2，所述金属层2的上方设置有量子阱层3，量子阱层3的作用主要是在通电的条件下可以发光；所述量子阱层3的上方设置有石墨烯层4，石墨烯层4用于作为电源正极，而且石墨烯层4可以增加量子阱层3的量子效率，具体说，石墨烯层4在加载不同电压的情况，内部的载流子浓度有所不同，载流子浓度越高，量子阱层3的产生的光波的效率越高；所述石墨烯层4上设置有多个手性金属结构构成的阵列,手性金属结构的阵列能够将量子阱层3产生的线偏振光转换成圆偏振光，不同的手性金属结构构成的阵列，对于不同的线偏振光的有效折射率不同，共振波长也不同，线偏振光透过手性金属结构的阵列后的相位差不同，二者叠加从而形成圆偏振光。

进一步的，所述手性金属结构可以为L形金属结构5；该L形金属结构5的两臂的长度相同，L形金属结构5的两臂宽度不同。

具体的说，上述L形金属结构5的两臂的长度均为100nm，L形金属结构5的一臂宽度为30nm，L形金属结构5的另一臂宽度为50nm。

所述L形金属结构5的周期为200nm。

所述衬底层1上还设置有包裹套6，该包裹套6设置于由金属层2、量子阱层3、石墨烯层4构成的多层结构的外围；包裹套6主要起着挡光、绝缘的作用，因此，包裹套6可以由挡光性、绝缘性优良的为二氧化锰制成。

进一步的，上述包裹套6分为绝缘层7、挡光层8；所述挡光层8设置于绝缘层7的外围；绝缘层7可以由SiO₂，挡光层8可以由Si制成。

所述衬底层1的厚度为100mm～500mm，优先的选择为100mm、200mm、300mm、400mm等。

所述金属层2的厚度为100mm～500mm，优先的选择为100mm、200mm、300mm、400mm等；金属层2由导电性良好的金属制成，比较常用的是金、银、铜，可以在节省成本的前提下，选择适合的厚度。

所述量子阱层3由可发光的氧化物制成，例如GaAs或InGaAs制成；所述量子阱层3的厚度为50nm～80nm，优先可以选择50nm、55nm、60nm、70nm等。

实际应用的时候，将第石墨烯层4与外接电源的正极连接，将金属层2与外接电源的负正极连接，就可以使得量子阱层3发光，所发出的光波经过石墨烯层4后传播到L形金属结构5，从而在L形金属结构5处产生相位差，经过L形金属结构5后的不同相位的光波进行叠加，从而直接产生圆偏振光。

需要说明的是，上述手性金属结构不仅仅可以设置成L形金属结构5，也可以设置成其他的手性金属结构，例如S形，圆弧形等，其他的手性金属结构都可以。

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 (10)

1.一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：包括衬底层(1)，所述衬底层(1)上方设置有金属层(2)，所述金属层(2)的上方设置有量子阱层(3)，所述量子阱层(3)的上方设置有石墨烯层(4)，所述石墨烯层(4)上设置有多个手性金属结构构成的阵列。

2.如权利要求1所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述手性金属结构为L形金属结构(5)。

3.如权利要求2所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述L形金属结构(5)的两臂的长度相同，L形金属结构(5)的两臂宽度不同。

4.如权利要求3所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述L形金属结构(5)的两臂的长度均为100nm，L形金属结构(5)的一臂宽度为30nm，L形金属结构的另一臂宽度为50nm。

5.如权利要求3所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述L形金属结构(5)的周期为200nm。

6.如权利要求1所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述衬底层(1)上还设置有包裹套(6)，该包裹套(6)设置于由金属层(2)、量子阱层(3)、石墨烯层(4)构成的多层结构的外围。

7.如权利要求6所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述包裹套(6)分为绝缘层(7)、挡光层(8)；所述挡光层(8)设置于绝缘层(7)的外围。

8.如权利要求1所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述金属层(2)的厚度为100mm～500mm。

9.如权利要求1所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述量子阱层(3)为GaAs或InGaAs制成。

10.如权利要求1所述的一种电驱动的圆偏振光光源，其特征在于：所述量子阱层(3)的厚度为50nm～80nm。