CN208872418U - 一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，包括基底层，形成在所述基底层上的金属层，以及形成在所述金属层的至少部分上方的石墨烯层；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；所述金属层包括金属片层和金属结构层，所述金属结构层和石墨烯层的组合结构为水平方向周期排列的手性结构。不同偏振的圆偏振光入射到该模块表面时，激发出的表面等离激元光场叠加产生了具有不同拓扑荷的涡旋光场，导致金属层中的载流子浓度和迁移速率不同，从而使该结构的霍尔电势对不同圆偏振光有不同的数值。通过对电势大小的检测，来反映圆偏振光的偏振特性。
Description
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圆偏振光检测模块。
背景技术
目前国际上一般采用螺旋、双螺旋等复杂的周期或准周期二维结构的贵金属来构建圆偏振光检测器，该类结构是利用金属表面等离激元激发出的等离激元对近场光的调控获得了具有一定消光比的检测器。但器件总体结构尺寸过大，不利于规模集成化，制备困难，敏感度也低。
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的附加电场，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。但是如何将霍尔效应应用于圆偏振光的偏振特性检测上一直是一个技术难题。
发明内容
本发明要解决的问题是如何利用霍尔效应实现圆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圆偏振光检测模块，包括基底层1，形成在所述基底层1上的金属层2，以及形成在所述金属层2的至少部分上方的石墨烯层3；所述金属层2包括金属片层21和金属结构层22，金属结构层22形成于金属片层21之上；所述金属结构层22和石墨烯层3的组合结构为水平方向周期排列的手性结构；所述金属层2的左右设置有电极4，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，所述金属结构层22每个单元的结构为L型、F型、S型、万字符等手性结构。
进一步地，所述石墨烯薄膜在金属结构层22上平铺一层形成悬置的石墨烯层3。
进一步地，所述石墨烯薄膜嵌于金属结构层22单元之间的缝隙底部形成石墨烯层3。
进一步地，所述金属结构层22每个单元的结构为具有有限个对称轴的对称结构。
进一步地，所述石墨烯层3为周期带状结构。
进一步地，所述石墨烯层3带状结构的对称轴与金属结构层22结构单元的对称轴不平行。
进一步地，所述基底层1为硅或者二氧化硅材料制成。
进一步地，所述金属层2为金或银材料制成。
本发明的有益效果：本发明提供的这种基于霍尔效应的圆偏振光检测器，通过待检测的圆偏振光的照射，金属结构层和石墨烯层的组合结构为手性结构，左、右旋圆偏振光入射到该模块表面时，激发出的表面等离激元光场叠加产生了具有不同拓扑荷的涡旋光场，导致金属层中的载流子浓度和迁移速率不同，从而使该结构的霍尔电势对不同圆偏振光有不同的数值。通过对电势大小的检测，来反映圆偏振光的偏振特性。该发明提供的圆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是基于霍尔效应的圆偏振光检测模块主视图。
图2是实施例1中基于霍尔效应的圆偏振光检测模块示意图。
图3是实施例2中基于霍尔效应的圆偏振光检测模块示意图。
图中：1、基底层；2、金属层；21、金属片层；22、金属结构层；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圆偏振光偏振特性的检测。本实施例提供了一种如图1和图2所示的基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，包括基底层1，设置于基底层1上方的金属层2，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包括金属片层21和金属结构层22，金属结构层22形成于金属片层21之上，所述金属结构层22每个单元的结构为手性结构。
圆偏振光照射到结构上，不同的左、右旋圆偏振光入射到该模块表面时，激发出的表面等离激元光场叠加产生了具有不同拓扑荷的涡旋光场，导致金属层中的载流子浓度和迁移速率不同，从而使该结构的霍尔电势对不同圆偏振光有不同的数值。通过对电势大小的检测，来反映圆偏振光的偏振特性。因此，可以通过外接电压表的读数，来表征圆偏振光的偏振特性。
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。通过在金属层上设置电极4和垂直于电场方向的磁场，使整个模块构成霍尔效应，通过对霍尔电压进行实时采集与处理，就可以通过霍尔电压的变化检测出不同偏振的圆偏振光。
所述基底层1为硅或者二氧化硅材料制成。
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。该金属结构层22的结构为水平方向排列的手性结构，如图2，该结构可以是L型、F型、S型、万字符等对不同圆偏振光有不同响应的手性结构。
所述石墨烯薄膜在金属结构层22上形成悬置的石墨烯层3，或者是石墨烯薄膜嵌于金属结构层22每个单元之间的缝隙底部形成石墨烯层3。石墨烯层3不仅有高的载流子浓度和电子迁移率，能有效提高该光检测模块的灵敏度，而且将其设置在手性金属层2上，可以增大不同圆偏振光照射到该结构上产生响应的差异，使检测结果更明显。石墨烯薄膜有很好的光电特性，可以通过改变外加电压来改变其光学性质。通过改变石墨烯层3两侧的偏电压，使它的费米能级发生改变，从而改变它的有效折射率，最终达到改变其霍尔电压的结果。
实际使用的时候，将电极4与外接电源连接，以便给金属层2加载电压V，左、右旋圆偏振光入射该结构，产生不同的等离激元响应，从而导致金属层的载流子浓度和迁移速率不同，最终使得金属层2在磁场之间的霍尔电压不同，通过检测对应的霍尔电压的变化，实现对不同圆偏振光的检测。
综上所述，该基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，金属层2为手性结构,通过入射不同偏振特性的圆偏振光照射该结构，引起手性结构的响应不同，导致金属层2中载流子浓度和迁移率不同，进而通过电极测得的霍尔电势也会不同，以此来表征圆偏振光的偏振特性。通过加入石墨烯层3来增大载流子浓度和迁移率，以提高整个光检测模块的灵敏度。
实施例2
为了利用霍尔效应实现对圆偏振光偏振特性的检测。本实施例提供了一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，包括基底层1，设置于基底层1上方的金属层2，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包括金属片层21和金属结构层22，金属结构层22形成于金属片层21之上，金属结构层22和石墨烯层3的组合结构为手性结构。
如图3所示，所述金属结构层22每个单元的结构为有限个对称轴的对称结构，所述石墨烯层3为周期带状结构，所述石墨烯层3带状结构的对称轴与金属结构层22结构单元的对称轴不平行。金属结构层22和石墨烯层的组合结构构成了具有手性特性的结构，这一手性结构对圆偏振光具有不同的响应。
不同的左、右旋圆偏振光入射到该模块表面时，激发出的表面等离激元光场叠加产生了具有不同拓扑荷的涡旋光场，导致金属层中的载流子浓度和迁移速率不同，从而使该结构的霍尔电压对不同圆偏振光有不同的数值。通过对霍尔电压的检测，来反映圆偏振光的偏振特性。
所述金属层2的左右设置有电极4，所述金属层2的前后两侧设置有磁极5。通过在金属层上设置电极4和磁极5，使整个模块构成霍尔效应，通过检测霍尔电压，就可以轻松的检测出不同偏振的圆偏振光。
综上所述，该基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，是金属层2 和石墨烯层3组合具有手性特性,进而用不同偏振特性的圆偏振光照射该结构，会引起金属层结构2响应不同，导致金属结构层22和石墨烯层3的组合结构中载流子浓度和迁移率不同。再通过电极测得的霍尔电压也会不同，以此来表征圆偏振光的偏振特性。
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圆偏振光检测模块，其特征在于：包括基底层（1），形成在所述基底层（1）上的金属层（2），以及形成在所述金属层（2）的至少部分上方的石墨烯层（3）；
所述金属层（2）包括金属片层（21）和金属结构层（22），金属结构层（22）形成于金属片层（21）之上；
所述金属结构层（22）和石墨烯层（3）的组合结构为水平方向周期排列的手性结构；
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圆偏振光检测模块，其特征在于：所述金属结构层（22）每个单元的结构为L型、F型、S型、万字符等手性结构。
3.如权利要求2所述的一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，其特征在于：所述石墨烯薄膜在金属结构层（22）上平铺一层形成悬置的石墨烯层（3）。
4.如权利要求2所述的一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，其特征在于：所述石墨烯薄膜嵌于金属结构层（22）单元之间的缝隙底部形成石墨烯层（3）。
5.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，其特征在于：所述金属结构层（22）每个单元的结构为具有有限个对称轴的对称结构。
6.如权利要求5所述的一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，其特征在于：所述石墨烯层（3）为周期带状结构。
7.如权利要求6所述的一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，其特征在于：所述石墨烯层（3）带状结构的对称轴与金属结构层（22）结构单元的对称轴不平行。
8.如权利要求3、4或7所述的一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，其特征在于：所述基底层（1）为硅或者二氧化硅材料制成。
9.如权利要求8所述的一种基于霍尔效应的圆偏振光检测模块，其特征在于：所述金属层（2）为金或银材料制成。
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