[發明專利]一種提高石墨烯上表面等離激元耦合強度的結構

有效

• 申請號: 201910344842.1
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN109901254B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 劉黎明;吳艷花;遲鋒;王紅航;張小文;易子川;張智
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 重慶萃智邦成專利代理事務所(普通合伙) 50231
• 代理人: 竺棟

本發明涉及一種提高石墨烯上表面等離激元耦合強度的結構，包括第一金屬膜、第一發光層、石墨烯層、第二發光層、第二金屬膜構成的多層結構；所述第一金屬膜的上方設置有第一發光層，所述第一發光層的上方設置有石墨烯層，所述石墨烯層的上方設置有第二發光層，所述第二發光層的上方設置有第二金屬膜；該提高石墨烯上表面等離激元耦合強度的結構，不僅結構簡單，能夠充分發揮石墨烯的光學特性，提高表面等離激元耦合強度的光學結構，而且在所述的光學結構上設置條形的石墨烯，能夠使得表面等離激元定向的傳輸，另外，所設置的非平面石墨烯層能夠耦合更多的表面等離激元，大大提高了表面等離激元的耦合度。

技術領域

本發明屬于光源技術領域，具體涉及一種提高石墨烯上表面等離激元耦合強度的結構。

背景技術

表面等離激元(SurfacePlasmons,SPs)是金屬介質界面自由電子相干振蕩形成的一種電磁表面波。由于SPs能夠在亞波長范圍內實現光的傳輸與操控，且能夠在一些特殊的金屬微納結構中產生顯著增強的局域光電場，因而它在生物傳感器、表面拉曼散射增強及光子回路等眾多領域都有著重要的應用。近年來，將貴金屬納米顆粒與半導體納米結構復合得到光學上共振體系由于其具有不同于復合單體的獨特優異性能引起了研究的熱潮。金屬納米顆粒的局域表面等離激元引起的局域增強電磁場可以產生一系列的非線性效應，其與半導體量子點中激子耦合可對光吸收、光發射、納米結構間的能量轉移、新極化激元的產生進行調控，其中新極化激元的產生表明表面等離激元與激子進行強相互作用，也即進入了強耦合區。強耦合的表面等離激元與激子可以可逆地交流能量，其周期在飛秒量級，這在量子操控光子、單光子光源和晶體管、無閾值激射、超快全光開光和量子信息處理等領域有重要應用。

表面等離激元將電磁場限制于亞波長范圍和局域電磁場強度極大增強的特性，使在室溫和不需要閉合諧振腔的情況下就可得到強耦合。強耦合時表面等離激元和激子形成新的極化激元，在共振頻率可觀察到能級分裂，也即Rabi劈裂。現在大部分的研究集中于表面等離激元與染料或小分子中激子的強耦合，而與半導體量子點中激子強耦合研究地很少。半導體量子點相對于染料或小分子具有光電性質高度可調、吸收和熒光截面高、不易發生熒光漂白等一系列優點，必將成為新一代光電器件的核心材料。

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯具有非常良好的光學特性，在較寬波長范圍內吸收率約為2.3％，看上去幾乎是透明的。在幾層石墨烯厚度范圍內，厚度每增加一層，吸收率增加2.3％。大面積的石墨烯薄膜同樣具有優異的光學特性，且其光學特性隨石墨烯厚度的改變而發生變化。

利用石墨烯來研究表面等離激元效應，是現有的光學領域中比較熱門的一個研究方向，表面等離激元在石墨烯上的耦合的強度，影響著表面等離激元更多的應用，提高表面等離激元在石墨烯上的耦合的強度，有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種提高石墨烯上表面等離激元耦合強度的結構。

該提高石墨烯上表面等離激元耦合強度的結構，包括第一金屬膜、第一發光層、石墨烯層、第二發光層、第二金屬膜構成的多層結構；所述第一金屬膜的上方設置有第一發光層，所述第一發光層的上方設置有石墨烯層，所述石墨烯層的上方設置有第二發光層，所述第二發光層的上方設置有第二金屬膜。

所述石墨烯層為多個同向排列的石墨烯條組成。

所述石墨烯層為多個周期性排列的石墨烯條組成。

所述石墨烯條的排列周期為100nm～300nm。

所述石墨烯條之間填充有二氧化硅。