[發(fā)明專利]一種基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711102453.5
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107885007A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊振興;郭旭光;朱亦鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G02F1/17
• 分類號: G02F1/17
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31204
• 代理人: 郁旦蓉,劉國華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲功能器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器。

背景技術(shù)

太赫茲(THz)波是位于微波和遠(yuǎn)紅外之間的電磁波，對應(yīng)的波長范圍為30-3000μm。近年來，隨著超快激光技術(shù)的快速發(fā)展，使得太赫茲脈沖的產(chǎn)生有了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，使得太赫茲技術(shù)在信息科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、光譜與成像技術(shù)等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，成為未來科學(xué)技術(shù)發(fā)展重要方向之一，對國民經(jīng)濟(jì)以及國防建設(shè)具有重大意義。

太赫茲調(diào)制器是一種重要的太赫茲功能器件，其應(yīng)用領(lǐng)域包括太赫茲通信和操控太赫茲波的傳播。現(xiàn)有的太赫茲調(diào)制器，主要包括以下兩類：

一類是只由石墨烯薄膜或者石墨烯結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由于石墨烯的零帶隙特性和狄拉克錐形能帶結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出線性的色散關(guān)系，使其具有獨特的光學(xué)、電學(xué)性能以及極高的載流子遷移率和彈道輸運特性，是實現(xiàn)高速調(diào)制器的理想材料。在太赫茲波段，石墨烯的載流子響應(yīng)與電導(dǎo)都由帶內(nèi)躍遷決定，通過改變柵壓調(diào)節(jié)載流子濃度，引起石墨烯電導(dǎo)率的改變，從而實現(xiàn)快速調(diào)制。但是，石墨烯是由單層原子構(gòu)成，該類調(diào)制器的調(diào)制能力受單層石墨烯的厚度，對電磁波的作用能力有限，導(dǎo)致其調(diào)制深度不高。

另一類是采用金屬亞波長結(jié)構(gòu)并結(jié)合可控二極管電容、電感來實現(xiàn)。由亞波長結(jié)構(gòu)組成的超材料是通過在多種物理結(jié)構(gòu)上的設(shè)計來突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超常的材料功能，比如其共振特性可將電磁波局域在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，利用很薄的結(jié)構(gòu)即可大幅增強(qiáng)電磁波與結(jié)構(gòu)的作用強(qiáng)度。該類調(diào)制器的調(diào)制深度大，效果顯著，但是調(diào)制速度受限于二極管自身的調(diào)制速度。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點或不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，能夠?qū)崿F(xiàn)快速調(diào)制的同時也能達(dá)到較大的調(diào)制深度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，和電源連接，用于對太赫茲波進(jìn)行調(diào)制，其特征在于，包括由下而上依次設(shè)置的下絕緣介質(zhì)層、石墨烯薄膜層、上絕緣介質(zhì)層以及光柵層，其中，光柵層為具有亞波長周期的光柵，用于對太赫茲波進(jìn)行耦合，石墨烯薄膜層為單層石墨烯，用于對太赫茲波進(jìn)行吸收，石墨烯薄膜層上設(shè)置有至少一個電極，電極和光柵分別與電源導(dǎo)電連接。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：還包括：反射層，用于反射透過石墨烯薄膜層的太赫茲波，其中，反射層設(shè)置在下絕緣介質(zhì)層的底部。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：還包括：襯底層，用于承載反射層，其中，反射層設(shè)置在襯底層的頂部。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：其中，反射層為由金、銀以及銅中任一種材料制成的鍍層，金屬反射層的厚度為200～500nm。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：其中，光柵包括多個平行等間隔設(shè)置的光柵條以及兩個平行設(shè)置的導(dǎo)電桿，兩個導(dǎo)電桿分別設(shè)置在光柵條的兩端并導(dǎo)電連接，導(dǎo)電桿與電源導(dǎo)電連接。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：其中，光柵為由金、銀以及鋁中任一種材料制成的光柵。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：其中，相鄰光柵條之間的距離為20～70μm，相鄰光柵條之間的間距為10～35μm。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：其中，下絕緣介質(zhì)層為由二氧化鉿、氧化鋁以及苯并環(huán)丁烯BCB中任一種材料制成的絕緣介質(zhì)層，下絕緣介質(zhì)層的厚度為1～25μm。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：其中，上絕緣介質(zhì)層均為由二氧化鉿、氧化鋁以及苯并環(huán)丁烯BCB中任一種材料制成的絕緣介質(zhì)層，上絕緣介質(zhì)層的厚度均為1～25μm。

本發(fā)明提供的基于石墨烯和光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，還可以具有這樣的特征：其中，電極的數(shù)量為兩個，兩個電極對稱設(shè)置在上絕緣介質(zhì)層的兩側(cè)。

發(fā)明作用與效果