[發明專利]產生中紅外可調諧等離子激元的切倫科夫輻射方法及裝置

在審

• 申請號: 201811259650.2
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109471210A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 陶金;武霖;劉子晨;尤全;邱英;鄭國興
• 申請（專利權）人: 武漢郵電科學研究院有限公司
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02F1/37;G02B6/122
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 陳銳

本發明公開了一種產生中紅外可調諧等離子激元的切倫科夫輻射方法及裝置，涉及集成光學領域。該方法的步驟包括：將經過加速的帶電粒子平行于石墨烯層運動，帶電粒子在運動過程中激發石墨烯層表面的中紅外等離子激元進行傳播；定義中紅外等離子激元的傳輸波矢的垂直方向，與帶電粒子的傳輸方向的夾角為θ，根據需要的θ計算帶電粒子的速度。本發明在顯著降低對帶電粒子速度的要求的基礎上，實現中紅外可調諧等離子激元的切倫科夫輻射，對于片上超寬帶光源，集成光子回路，中紅外光譜檢測等領域有非常重要的應用前景。

技術領域

本發明涉及集成光學領域，具體涉及一種產生中紅外可調諧等離子激元的切倫科夫輻射方法及裝置。

背景技術

中紅外波段是指的波長范圍為3～30微米的紅外波段，它包含了兩個重要的大氣傳輸窗口，并且大部分的分子在這個波段有指紋吸收。中紅外波段因自身的特殊性質，使得中紅外技術在遙感、片上傳感、自由空間光通信和紅外光譜檢測等方面有著重要的應用。

近年來，由于對光通信容量的要求不斷提升，開發中紅外波段的光電子互聯通信器件也成為光通信研究的熱點。等離子激元是光子誘發導體中電子的集體震蕩而形成的一種表面傳輸的電磁波，其優點是可以在亞波長尺度內對光波實現調控。當帶電粒子的速度大于光波在介質中傳輸的相速度時，將會產生錐形波前的電磁輻射(即切倫科夫輻射)。

但是，由于現有的切倫科夫輻射由帶電粒子和介質為玻璃產生的等離子激元形成，因此若要形成切倫科夫輻射，需要將帶電粒子的速度控制在光速以上，這對帶電粒子的速度要求非常高，是非常難以實現。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明解決的技術問題為：如何在顯著降低對帶電粒子速度的要求的基礎上，實現中紅外可調諧等離子激元的切倫科夫輻射。

為達到以上目的，本發明提供的產生中紅外可調諧等離子激元的切倫科夫輻射方法，包括以下步驟：將經過加速的帶電粒子平行于石墨烯層運動，帶電粒子在運動過程中激發石墨烯層表面的中紅外等離子激元進行傳播；定義中紅外等離子激元的傳輸波矢的垂直方向，與帶電粒子的傳輸方向的夾角為θ，根據需要的θ計算帶電粒子的速度v_e，計算公式為：sinθ＝v_spp/v_e，v_spp為中紅外等離子激元的相速度，根據計算得到的帶電粒子的速度對應調節帶電粒子的加速度。

在上述技術方案的基礎上，所述石墨烯層的制作方法為：

S1：在銅膜襯底上鋪設石墨烯樣品層，轉到S2；

S2：將石墨烯樣品層上面涂覆一層PMMA層后，放入腐蝕溶液中浸泡，直至銅膜襯底會完全溶解；銅膜襯底完全溶解后，石墨烯樣品層形成石墨烯薄膜，轉到S3；

S3：將覆蓋有PMMA層放入蒸餾水中漂洗，直至石墨烯薄膜上的腐蝕殘留物清理干凈，轉到S4；

S4：將石墨烯薄膜鋪在石墨烯樣品的刻蝕圖案區域，通過丙酮溶液和異丙醇中將石墨烯薄膜上的PMMA層去除后，形成石墨烯層。

本發明提供的實現上述方法的產生中紅外可調諧等離子激元的切倫科夫輻射裝置，包括粒子加速器，還包括從下至上依次設置的導電襯底層、絕緣介質層、石墨烯層和接地的第一電極，導電襯底層上設置有第二電極；經粒子加速器加速后的帶電粒子的運動方向，與石墨烯層的上表面平行。

在上述技術方案的基礎上，所述導電襯底層選用摻雜硅片。

在上述技術方案的基礎上，所述摻雜硅片的電阻為1～10Ω·cm。

在上述技術方案的基礎上，所述絕緣介質層選用厚度為10～40nm的二氧化硅。

在上述技術方案的基礎上，所述二氧化硅采用等離子體增強化學氣相沉積法或熱氧化法蒸鍍而成。