表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置制造方法及圖紙

一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置，包括：支撐石墨烯的基底，石墨烯，在石墨烯的上表面上設有氧化鋁圓錐，在氧化鋁圓錐上設有氧化硅介質層。一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置，包括：支撐石墨烯的基底，石墨烯，在石墨烯的上表面上設有氧化硅圓錐，在氧化硅圓錐上設有氧化鋁介質層。本實用新型專利技術能夠解決通過外加電壓來調控表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播的方式在實際操作中的外加電壓不能過大，硅襯底與石墨烯的間隙的高低變化也有限度的許多限制的問題。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置，尤其是此表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控方法及裝置，可以通過改變石墨烯周圍介質的屬性及厚度來改變表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播路徑，從而可以實現龍柏透鏡等多種光學變換器件。
技術介紹
自2004年發現石墨烯以來，引起了人們強烈的研究興趣。Ashkan Vakil和NaderEngheta教授于2011年提出了基于石墨烯的表面 等離子體極化波的一系列光學變換器件Ci Transformation optics using graphene,” Science 332 (6035)，1291-1294,2011)。目前，基于石墨烯的表面等離子體極化波的調控手段主要是通過外加電壓，改變石墨烯的化學勢，從而改變石墨烯電導率的空間分布，實現對石墨烯上支持的表面等離子體極化波的調控，從而實現光學變換器件。然而，在實際操作中，通過電壓進行調控的方式存在很多局限，因為外加電壓不能太大，硅基底與石墨烯的間隙的高低變化也有限度，這就限制了石墨烯屬性變化的范圍，從而影響對表面等離子體極化波調控的效果。G. ff. Hanson教授提出，石墨烯的電導率可以由Kubo公式表示為(“Dyadic Green’s functions and guidedsurface waves for a surface conductivity model of graphene, ” J. AppI. Phys.103(6)， 064302,2008), π Ti(ω - J2T)』° ν δε6ε J _ f °° fΛ-ε、- fdi￡) dcJo (ω - J2F)1 - 4(ε / 方)2 」，其中-e為電子電量，=為普朗克常數，fd ( ε ) = I/(1+exp [ ( ε - μ c) /(kBT)])是費米狄拉克分布，kB為波爾茲曼常數，ω為角頻率，μ。為化學勢，Γ表示散射率，T表示溫度。由上述公式可知，石墨烯的電導率與化學勢有關，通過參雜方式可以改變石墨烯的化學勢，可以使得石墨烯上支持的表面等離子體極化波的損耗很小。2010年，張祥教授課題組應用介質來調控表面等離子體極化波在金屬上的傳播，實現了如龍伯透鏡，易頓透鏡的光學變換器件?，F在，我們提出一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控方法及裝置。此種方法相比而言更簡單有效，加工更方便。并且相對于金屬而言，石墨烯表面支持的表面等離子體極化波的損耗更小，場強局域性更好。
技術實現思路
技術問題為了解決通過外加電壓來調控表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播的方式在實際操作中的外加電壓不能過大，硅襯底與石墨烯的間隙的高低變化也有限度的許多限制，本技術提出了一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置，提供了另一種更簡單有效的調控表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播的方法，應用此方法可以更簡便的實現多種光學變換器件，在成像和通信領域有著廣泛的用途。本技術采用如下技術方案一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置，包括支撐石墨烯的基底，石墨烯，在石墨烯的上表面上設有氧化鋁圓錐，在氧化鋁圓錐上設有氧化硅介質層。一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置，包括 支撐石墨烯的基底，石墨烯，在石墨烯的上表面上設有氧化硅圓錐，在氧化硅圓錐上設有氧化鋁介質層。與現有技術比，本技術具有以下優點1，本技術利用介質來調控表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播。現有技術中是通過將電壓施加于相互疊加在一起的硅基底，二氧化硅襯底與石墨烯后，再對電壓實施調控來實現的。然而，外加電壓受到很大的限制，不能太大，比如，對于300nm厚的二氧化硅襯底來說，當電壓大于80V的時候，二氧化硅襯底就會被擊穿，當二氧化硅襯底的厚度變小時，擊穿電壓會更小。但是在有些情況下，我們需要比較高的電壓來達到特定的石墨烯表面支持的表面等離子體極化波的折射率，這時候采用傳統方法或裝置就無法對表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播實施調控。而本技術與此不同，本技術僅利用設置于石墨烯上的氧化硅圓錐或氧化鋁圓錐，就可以實現對表面等離子體極化波在石墨烯上傳播的調控。例如，參見圖6，當入射波為球面波，并在經過氧化硅圓錐或氧化鋁圓錐下方的石墨烯時，就轉變成平面波；參見圖7，當入射波為平面波，并在經過氧化硅或氧化鋁圓錐下方的石墨烯時，就轉變成球面波。因此，本技術在對表面等離子體極化波在石墨烯上傳播實施調控時，無需外加電壓即可完成調控，從而避免了因為外加電壓不能過大所導致的石墨烯上表面等離子體極化波折射率的變化范圍過小的限制。2，本技術利用介質來調控表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播?，F有技術中是通過將電壓施加于相互疊加在一起的硅基底，二氧化硅襯底與石墨烯后，再對電壓實施調控來實現的。由于要得到特定的石墨烯上支持的表面等離子體極化波的折射率的空間分布，設在石墨烯不同區域下面的二氧化硅襯底的厚度會不同，有些區域的二氧化硅的厚度會很厚，甚至器件的縱向的厚度比器件橫向的尺寸還要大，這樣就增加了器件的尺寸，浪費了空間，而用介質來調控表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播的方法中，設在石墨烯上面的氧化硅或氧化鋁的厚度都在納米量級。避免了用電壓調控方式中存在的器件尺寸問題。3，本技術利用介質來調控表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播，可以很方便的實現多種光學變換器件，易于加工制作。附圖說明圖I是本技術的原理圖，包括疊合在一起的四層結構，最下面一層是半無限大基底4，基底4上面鋪石墨烯3，石墨烯3上面鋪一層厚度為d2的介質層2，介質層2上面是半無限大的介質層I。圖2是表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控方法及裝置-龍伯透鏡的三維圖。石墨烯3上面設有高度為D為10nm，半徑R為40nm的圓錐形的氧化硅11。此裝置放在空氣中。通過此設計的石墨烯不同區域上面的氧化硅介質的厚度的不同，使得此結構支持的表面等離子體極化波的等效折射率滿足龍伯透鏡所需要的折射率的空間分布，就可以實現球面波到平面波的轉換，或者是平面波到球面波的轉換。圖3是表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控方法及裝置-龍伯透鏡的三維圖。石墨烯3上面設有圓錐形的氧化鋁21。此裝置放在空氣中。通過此設計的石墨烯不同區域上面的氧化鋁介質的厚度的不同，使得此結構支持的表面等離子體極化波的等效折射率滿足龍伯透鏡所需要的折射率的空間分布，就可以實現球面波到平面波的轉換，或者是平面波到球面波的轉換。圖4是圖2的俯視圖。圖5是在30THz，當介質1，介質4為空氣介電常數為1，介質2為氧化硅介電常數為3. 9，通過參雜使得石墨烯的介電常數為-46時，石墨烯3上支持的表面等離子體極化波 隨著介質2的厚度的變化關系曲線。圖6是仿真結果圖，由圖可見，當入射波為球面波，并在經過氧化硅11圓錐下方的石墨烯時,就轉變成平面波。圖7是仿真結果圖，由圖可見，當入射波為平面波，并在經過氧化硅11圓錐下方的石墨烯時,就轉變成球面波。具體實施方式一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置，包括支撐石墨烯3的基底4，石墨烯3，在石墨烯3的上表面上設有氧化鋁21圓錐，在氧化鋁21圓錐上設有氧化硅11介質層。一種表面等離子體極化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種表面等離子體極化波在石墨烯上的傳播調控裝置，其特征在于，包括：支撐石墨烯（3）的基底（4），石墨烯（3），在石墨烯（3）的上表面上設有氧化鋁（21）圓錐，在氧化鋁（21）圓錐上設有氧化硅（11）介質層。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸衛兵，朱薇，許紅菊，董正高，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：實用新型
國別省市：