[發明專利]一種基于石墨烯的光濾波器件

有效

• 申請號: 201610062949.3
• 申請日: 2016-01-30
• 公開（公告）號: CN105700201B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 賀夢冬;彭宇翔;王凱軍
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00;G02F1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于石墨烯的光濾波器件，包括光耦合結構，光耦合結構包括電解質層、金屬電極、石墨烯條帶陣列、介質層、金屬光柵和襯底，在電解質層和金屬電極上設置有頂柵電壓的調節裝置；由石墨烯條帶陣列、介質層與金屬光柵構成的Fabry?Perot微腔陣列位于襯底上，電解質層和金屬電極分別位于Fabry?Perot微腔上方的同一平面上。本發明基于目前極為成熟的微納刻蝕加工技術以及多層膜技術，工藝流程不繁雜，操作簡單。與傳統的同頻段濾波器件相比，石墨烯的引入大大縮小了耦合器件的尺寸。通過柵極電壓調節石墨烯的費米能級來調控光過濾頻率，實現了對光的主動控制，而且所需的功耗較小，品質因數大，響應速度快，具有很寬的工作頻。

技術領域

本發明涉及一種濾波器件，尤其涉及一種基于石墨烯的光濾波器件。

背景技術

石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，它有著超寬帶的光學響應譜、極強的非線性光學特性以及與硅基半導體工藝的兼容性，使其在新型光學和光電器件領域具有得天獨厚的優勢。在一定條件下，石墨烯表面傳導電子與光子相互作用形成耦合電磁模（即，表面等離激元）。耦合電磁模局域性很強，能夠突破衍射極限，可作光耦合器件中的信息載體。耦合電磁模最大的優勢在于其傳播常數能通過外部電場（或磁場）或化學摻雜的方式進行調節。

傳統的光濾波器件存在損耗高、品質因數小、尺寸較大、不可調諧等不足之處。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種損耗低、品質因數大并且能夠主動控制光信號頻率的基于石墨烯的光濾波器件。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：一種基于石墨烯的光濾波器件，包括光耦合結構，所述光耦合結構包括電解質層、金屬電極、石墨烯條帶陣列、二氧化硅介質層、金屬光柵和襯底，所述電解質層與金屬電極之間設置有頂柵電壓的調節裝置；所述二氧化硅介質層位于石墨烯條帶陣列和金屬光柵之間，所述石墨烯條帶陣列、二氧化硅介質層、金屬光柵形成Fabry-Perot微腔陣列，位于襯底上，所述電解質層和金屬電極分別位于Fabry-Perot微腔的上方的同一平面上，所述金屬光柵位于襯底上，所述電解質層和金屬電極與石墨烯條帶陣列相對設置。

上述的基于石墨烯的光濾波器件，優選的，所述金屬光柵為金光柵或者銀光柵。

上述的基于石墨烯的光濾波器件，優選的，所述石墨烯條帶陣列中的石墨烯條帶與金屬光柵間隔設置。

上述的基于石墨烯的光濾波器件，優選的，所述石墨烯條帶陣列中石墨烯條帶的寬為200-900納米；所述金屬光柵中相鄰兩條金屬的縫寬為20-90納米，所述金屬光柵中金屬的厚度為40-100納米。

上述的基于石墨烯的光濾波器件，優選的，所述石墨烯條帶陣列中石墨烯條帶的寬為720納米；所述金屬光柵中相鄰兩條金屬的縫寬為40納米，所述金屬光柵中金屬的厚度為80納米。

上述的基于石墨烯的光濾波器件，優選的，所述石墨烯條帶陣列的周期為2-9微米；金屬光柵的周期為2-9微米。

上述的基于石墨烯的光濾波器件，優選的，所述石墨烯條帶陣列的周期和金屬光柵的周期均為8微米。

上述的基于石墨烯的光濾波器件，優選的，所述二氧化硅介質層的厚度為10-90納米；所述襯底為碳化硅層，所述碳化硅層的厚度為200-900納米。

上述的基于石墨烯的光濾波器件，優選的，所述二氧化硅介質層的厚度為20納米；所述襯底為碳化硅層，碳化硅層的厚度為500納米。