本實用新型涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種周期光柵結(jié)構(gòu)的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置。
背景技術(shù)：
表面等離子體激元(Surface plasmon polariton,簡稱SPP)是通過改變金屬表面的亞波長結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的一種光波與可遷移的表面電荷之間電磁模，可以支持金屬與介質(zhì)界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻娴入x子波，從而傳輸光能量，且不受衍射極限的限制。正因為SPP這種獨特的性質(zhì)，使其在納米量級操縱光能量發(fā)揮著重要的作用。只有一個原子厚的石墨烯因具有強度大、導熱和導電效率高等特性，一直被認為是硅的“接班人”，隨著近年來石墨烯材料研究的再次迅速升溫，石墨烯波導中實現(xiàn)spp傳輸特性成為了可能，這就為克服其帶隙“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頁上登載的“Graphene plasmonics for tunable terahertz metamaterials”一文，F(xiàn)eng Wang團隊率先在石墨烯周期條形波導中實現(xiàn)了SPP費米能級的控制。然而上述結(jié)構(gòu)在進行光刻后會顯著的降低石墨烯載流子遷移率，這使得SPP傳播距離、局域化程度降低，品質(zhì)因數(shù)過低。
通過檢索和查新發(fā)現(xiàn)，目前大都采用絕大部分的周期結(jié)構(gòu)的石墨烯SPP波導對于SPP局域化效應(yīng)都有一定的減弱，且傳播距離有限。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種周期光柵結(jié)構(gòu)的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置。這種裝置能夠增強SPP共振、提高周期石墨烯SPP波導傳播距離、且結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是：
一種周期光柵結(jié)構(gòu)的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置，包括
二氧化硅基底層，所述的二氧化硅基底層的上表面刻蝕有周期光柵結(jié)構(gòu)；所述周期光柵結(jié)構(gòu)的脊中設(shè)有有機染料增益介質(zhì)；
石墨烯層，所述石墨烯層為陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層；
所述二氧化硅基底層的上表面與陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層疊接。
所述的二氧化硅基底層為絕緣層。
控制周期光柵結(jié)構(gòu)的光柵周期、石墨烯納米帶的寬度調(diào)節(jié)SPP共振頻率。
入射光為p偏振光垂直照射到陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1上石墨烯波導，垂直方向的衍射波因為全反射作用將局域在石墨烯層與絕緣層二氧化硅基底層之間的周期光柵結(jié)構(gòu)中，形成光子與電子間的共振，進而共振和光柵增強作用產(chǎn)生表面等離子體激元。
所述的陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層通過等離子體刻蝕工藝制作，制得的石墨烯的層數(shù)和寬度由碳納米管的層數(shù)和刻蝕時間來調(diào)控，通過改變陣列納米帶結(jié)構(gòu)層的石墨烯納米帶的寬度能夠調(diào)節(jié)SPP的共振頻率。
所述的周期光柵結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)入射光和SPP相位匹配，從而增強表面等離子體共振現(xiàn)象。
所述的有機染料增益介質(zhì)的加入能夠為光柵導模電磁場提供傳播空間，且依據(jù)SPP共振頻率調(diào)節(jié)染料分子濃度，有利于降低SPP的傳播損耗、提高SPP的品質(zhì)因數(shù)Ｑ值。
這種裝置采用了衍射波激發(fā)SPP，利用了石墨烯高載流子遷移率特點，通過光柵結(jié)構(gòu)與染料分子提高SPP傳播特性，且能夠應(yīng)用控制光柵周期、石墨烯納米帶的寬度實現(xiàn)SPP共振頻率調(diào)節(jié)，這能夠為SPP在新型光子器件、寬帶通訊系統(tǒng)、微小光子回路、光電子集成等方面應(yīng)用提供關(guān)鍵器件。
這種裝置能夠增強SPP共振、提高周期石墨烯SPP波導傳播距離、且結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。
附圖說明
圖1為實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1.陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層 2.周期光柵結(jié)構(gòu)3.二氧化硅基底層4.有機染料增益介質(zhì)5.入射光。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的內(nèi)容作進一步闡述，但不是對本實用新型的限定。
實施例：
參照圖1，一種周期光柵結(jié)構(gòu)的石墨烯表面等離子體激元的傳播裝置，包括
二氧化硅基底層3，所述的二氧化硅基底層3的上表面刻蝕有周期光柵結(jié)構(gòu)2；所述周期光柵結(jié)構(gòu)2的脊中設(shè)有有機染料增益介質(zhì)4；
石墨烯層，所述石墨烯層為陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1；
所述二氧化硅基底層3的上表面與陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1疊接。
所述的二氧化硅基底層3為絕緣層。
控制周期光柵結(jié)構(gòu)2的光柵周期、石墨烯層1中納米帶的寬度調(diào)節(jié)SPP共振頻率。
入射光5為p偏振光垂直照射到陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1上的石墨烯波導，垂直方向的衍射波因為全反射作用將局域在陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1與絕緣層二氧化硅基底層3之間的周期光柵結(jié)構(gòu)2中，形成光子與電子間的共振，進而共振和光柵增強作用產(chǎn)生表面等離子體激元。
所述的陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1通過等離子體刻蝕工藝制作，制得的石墨烯的層數(shù)和寬度由碳納米管的層數(shù)和刻蝕時間來調(diào)控，通過改變陣列納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯層1的納米帶的寬度能夠調(diào)節(jié)SPP的共振頻率。
所述的周期光柵結(jié)構(gòu)2能夠?qū)崿F(xiàn)入射光和SPP相位匹配，從而增強表面等離子體共振現(xiàn)象。
所述的有機染料增益介質(zhì)4的加入能夠為光柵導模電磁場提供傳播空間，且依據(jù)SPP共振頻率調(diào)節(jié)染料分子濃度，有利于降低SPP的傳播損耗、提高SPP的品質(zhì)因數(shù)Ｑ值。