CN208872417U - 一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，包括基底层，设置于基底层上方的金属层，所述金属层包括金属凹槽和金属片层，所述金属片层的上方形成条形金属凹槽；所述金属层的左右设置有电极，金属层的前后两侧垂直于电流方向设置有磁场。该基于霍尔效应的线偏振光检测模块，通过不同偏振特性的入射光对金属层产生的响应不同，来改变金属层中带电粒子的迁移率，从而改变霍尔电势，不同的霍尔电势对应着不同的偏振特性，以此来表征线偏振光的偏振特性。并且设置于金属层至少部分上方的石墨烯层能增大带电粒子的迁移率，进而提高结构的灵敏度。

Description

一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块

技术领域

本发明涉及光检测器技术领域，具体涉及一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块。

背景技术

传统的光检测器通常使用像素单元检测高强光，然后输出逻辑信号，该信号和光照的强度有关。但是，传统的光检测器的像素单元中的芯片尺寸比较大，检测光信号的过程变化很难控制，检测不灵敏。并且传统的光检测器不能实现对线偏振光的偏振特性进行检测。

霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是霍尔(E.H.Hall，1855-1938)于1879年在研究金属的导电机制时发现的，后来发现半导体、导电流体等也有这种效应。当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场方向会产生一个附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应。由于利用霍尔效应制成的霍尔传感器能够检测磁场的方向和大小，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面，并且基于半导体的霍尔传感器被广泛使用。但目前还无法检测线偏振光。

发明内容

本发明要解决的问题是如何利用霍尔效应实现线偏振光偏振特性的检测。

为此，本发明提供了一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，包括基底层，设置于基底层上方的金属层，设置于金属层至少部分上方的石墨烯层；所述金属层包括金属凹槽和金属片层，所述金属片层的上方形成条形金属凹槽；所述金属层的左右设置有电极，所述金属层的前后两侧垂直于电流方向设置有磁场。

进一步地，所述金属层为金或银制成。

进一步地，所述金属凹槽截面的形状可以是矩形、锯齿形或梯形等具有各向异性的形状。

进一步地，所述金属凹槽的设置方向为水平方向。

进一步地，所述金属凹槽为水平横向设置。

进一步地，所述金属凹槽为水平纵向设置。

进一步地，所述金属层上平铺一层石墨烯薄膜，形成悬置的石墨烯层。

进一步地，所述金属凹槽底部设有一层石墨烯薄膜，形成石墨烯层。

进一步地，所述基底层为硅或二氧化硅制成。

本发明的有益效果：本发明提供的这种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，通过待检测线偏振光的照射，对霍尔效应的电场造成影响，从而改变霍尔效应模块产生霍尔电势的大小，通过对电势大小的检测，来反映线偏振光的偏振特性。该发明提供的线偏振光检测模块不仅结构简单，而且灵敏性高，具有非常好的检测效果。

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是实施例中基于霍尔效应的线偏振光检测模块的示意图一。

图2是图1基于霍尔效应的线偏振光检测模块的俯视图。

图3是实施例中基于霍尔效应的线偏振光检测模块的示意图二。

图4是实施例中基于霍尔效应的线偏振光检测模块的示意图三。

图5是实施例中基于霍尔效应的线偏振光检测模块的示意图四。

图6是实施例中基于霍尔效应的线偏振光检测模块的示意图五。

图7是实施例中基于霍尔效应的线偏振光检测模块的示意图六。

图8是实施例中基于霍尔效应的线偏振光检测模块的示意图七。

图中：1、基底层；2、金属层；21、金属凹槽；22、金属片层；3、石墨烯层；4、电极。

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

为了利用霍尔效应实现对线偏振光偏振特性的检测。本实施例提供了一种如图1-4所示的基于霍尔效应的线偏振光检测模块，包括基底层1，设置于基底层1上方的金属层2，所述金属层2包括金属凹槽21和金属片层22，在金属片层22的上方形成水平方向排列的条形金属凹槽21,凹槽开口的长度为100-200nm。

所述基底层1为硅或二氧化硅材料制成。

所述金属层2为导电良好的金属材料制成；优先的选择，金属层2为金或银制成。

所述金属层2的左右两侧设置有电极4，所述金属层2的前后两侧垂直于电流方向设置有磁场，这样可以形成与霍尔电场平衡的磁场，具体的说，该霍尔传感器的霍尔电压是可调的，霍尔电压受到入射光与所加载的电压的共同影响，霍尔电压形成的电场与磁场对电子的影响最终会形成一个动态平衡状态，监测平衡的电势的大小来判断入射光的偏振状态。

实际使用的时候，将电极5与外接电源连接，以便给金属层2加载电压，外加磁场的方向为平行于金属层并且与电场方向垂直,入射光从上方入射金属层，可以改变金属层2的有效折射率，进而使得金属层2的电导率发生变化，最终使得金属层2在磁场之间的霍尔电压发生变化，通过检测对应的电压变化，实现对线偏振光的偏振特性的检测。

该水平排列的金属凹槽21形成各向异性的光栅结构，根据光栅结构的设置，可以使不同偏振的光对金属层2中的载流子产生不同的影响，进而导致金属层2中载流子浓度和速率发生改变，使检测得到的霍尔电势不同。因此，可以通过外接电势表的读数，表征线偏振光的偏振特性。

另外，所述条形金属凹槽21底部还设置有石墨烯层3，如图1-4所示，石墨烯薄膜镶嵌在金属层2的凹槽底部，光通过光栅结构，传递到石墨烯薄膜上，载流子在石墨烯层1与金属层2内部运动。如图5-8所示，石墨烯薄膜平铺在金属凹槽21上，载流子在石墨烯薄膜上运动。由于石墨烯层3有高的载流子浓度和电子迁移率，因此，石墨烯层3的加入，可以提高该光检测模块的灵敏度。

实施例2

本实施例中金属层2上方金属凹槽21的设置方向为水平方向，具体的说，金属凹槽21设置的方向可以是水平横向也可以是水平纵向，当然也可以是其他的倾斜角度，金属凹槽21截面的形状可以是矩形、锯齿形或者是梯形等任何具有各向异性的形状，如图1-8所示。其主要的特点是金属层2上方金属凹槽21构成各向异性的纳米结构，具体可根据所需要的线偏振光的偏振特性进行设定。

如图3和7所示，金属凹槽21的截面为正梯形，聚光性好，有利于入射光与金属更好的接触，图4和8所示，金属凹槽21的截面形状为倒梯形，使石墨烯薄膜与金属有更大的接触面积。如图6所示，金属凹槽21的截面形状为锯齿形，石墨烯薄膜平铺在凹槽上，由于接触面积少，石墨烯薄膜会镶嵌进凹槽内部，使石墨烯结构也具有了各向异性，有利于在整个结构检测线偏振光。

综上所述，该基于霍尔效应的线偏振光检测模块，通过入射不同偏振特性的线偏振光照射该结构，引起具有各向异性的光栅结构的响应不同，导致金属层中载流子的浓度和迁移率不同，进而通过电极测得的霍尔电势也会不同，以此来表征线偏振光的偏振特性。并且通过加入石墨烯层，来增大带电粒子的迁移率，以提高整个光检测模块的灵敏度。

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 (9)

1.一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：包括基底层（1），设置于基底层（1）上方的金属层（2），设置于金属层（2）至少部分上方的石墨烯层（3）；

所述金属层（2）包括金属凹槽（21）和金属片层（22），所述金属片层（22）的上方形成条形金属凹槽（21）；

所述金属层（2）的左右设置有电极（4）；所述金属层（2）的前后两侧垂直于电流方向设置有磁场。

2.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：所述金属层（2）为金或银制成。

3.如权利要求2所述的一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：所述金属凹槽（21）截面的形状是矩形、锯齿形或梯形等具有各向异性的形状。

4.如权利要求3所述的一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：所述金属凹槽（21）的设置方向为水平方向。

5.如权利要求4所述的一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：所述金属凹槽（21）为水平横向设置。

6.如权利要求4所述的一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：所述金属凹槽（21）为水平纵向设置。

7.如权利要求5或6所述的一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：所述金属层（2）上平铺一层石墨烯薄膜，形成部分悬置的石墨烯层（3）。

8.如权利要求5或6所述的一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：所述金属凹槽（21）底部设有一层石墨烯薄膜，形成石墨烯层（3）。

9.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的线偏振光检测模块，其特征在于：所述基底层（1）为硅或二氧化硅制成。