[發明專利]一種金屬-石墨烯混合結構超表面及傳感器與光開關

在審

• 申請號: 202010370627.1
• 申請日: 2020-05-05
• 公開（公告）號: CN111413299A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 蒙紅云;王顯軍;鄧淑營;譚春華;黃旭光
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N21/41;B82Y40/00;B82Y20/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強

1.一種金屬-石墨烯混合結構超表面，其特征在于，所述金屬-石墨烯混合結構超表面由金屬-石墨烯混合結構單元在電介質襯底上周期性排列組成；每一個金屬-石墨烯混合結構單元包括金屬刻蝕的鋁切割線、金屬刻蝕的對稱分裂環和長帶石墨烯納米條；所述鋁切割線和對稱分裂環之間有間隔且共面設置，形成共面層，所述共面層位于最上層，電介質襯底位于最下層，長帶石墨烯納米條位于對稱分裂環與電介質襯底之間；相鄰金屬-石墨烯混合結構單元的長帶石墨烯納米條之間是連續的。

2.根據權利要求1所述的金屬-石墨烯混合結構超表面，其特征在于，所述鋁切割線在橫向x軸方向的分布周期為119.8~120.2μm；所述對稱分裂環在橫向x軸方向和縱向y軸方向的分布周期分別為119.8~120.2μm×79.8~80.2μm。

3.根據權利要求1所述的金屬-石墨烯混合結構超表面，其特征在于，共面層的厚度為0.15~0.25μm。

4.根據權利要求1所述的金屬-石墨烯混合結構超表面，其特征在于，鋁切割線的長度為79.8~80.2μm，寬度為4.8~5.2μm。

5.根據權利要求1所述的金屬-石墨烯混合結構超表面，其特征在于，所述對稱分裂環上開設有2個縱向對稱設置的開口，對稱分裂環的內半徑為17.8~18.2μm，外半徑為22.8~23.2μm，開口寬度為4.8~5.2μm。

6.根據權利要求1所述的金屬-石墨烯混合結構超表面，其特征在于，鋁切割線與對稱分裂環間隔的距離為2.8~3.2μm。

7.根據權利要求1所述的金屬-石墨烯混合結構超表面，其特征在于，所述電介質襯底為半無限長硅-藍寶石組合襯底，所述半無限長硅-藍寶石組合襯底由厚度為0.3~0.7μm，折射率為3.32~3.52的硅膜和厚度為499.3~499.7μm，折射率為1.63~1.83的藍寶石薄膜組成。

8.根據權利要求1所述的金屬-石墨烯混合結構超表面，其特征在于，所述長帶石墨烯納米條的寬度為6.8~7.2μm。

9.基于權利要求1至8任一項所述金屬-石墨烯混合結構超表面的傳感器，其特征在于，所述傳感器包括側端柵電壓，所述側端柵電壓的一端與長帶石墨烯納米條相連，另一端與電介質襯底相連；在側端柵電壓通電情況下，通過改變側端柵電壓來調節長帶石墨烯納米條的費米能級，通過摻雜方式改變電介質襯底的折射率，得到在不同折射率下的透射光譜，隨著背景折射率的增加，金屬-石墨烯混合結構超表面的共振波長呈近線性增加，進而實現基于金屬-石墨烯混合結構超表面的傳感器。

10.基于權利要求1至8任一項所述金屬-石墨烯混合結構超表面的光開關，其特征在于，所述光開關包括側端柵電壓，所述側端柵電壓的一端與長帶石墨烯納米條相連，另一端與電介質襯底相連；通過控制側端柵電壓來改變長帶石墨烯納米條的電導率，使得對稱分裂環的阻尼系數增加，進而影響對稱分裂環開口處的LSPR，鋁切割線與對稱分裂環之間的耦合作用減弱，進而實現基于金屬-石墨烯混合結構超表面的光開關。