[發明專利]一種中紅外波段可動態控制的多功能布拉格光柵結構

有效

• 申請號: 202010573612.5
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111708111B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 李先平;安剛;晁曉宏;魏康;李鵬江;茍永植
• 申請（專利權）人: 中通服咨詢設計研究院有限公司
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02F1/01
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

1.一種中紅外波段可動態控制的多功能布拉格光柵結構，其特征在于，所述多功能布拉格光柵結構由硅基布拉格光柵和覆蓋于硅基布拉格光柵表面的單層石墨烯組成；

所述布拉格光柵以長方體硅基軸向對稱，在所述長方體硅基兩側有硅材料的凸狀體，所述硅材料的凸狀體周期性的排列，形成凸凹狀的布拉格光柵，在所述凸凹狀的布拉格光柵表面覆蓋有單層石墨烯；

根據以下公式，計算所述石墨烯的表面電導率σ：

其中，e表示電子電荷，ω表示角頻率，表示普朗克常數，k_B表示波爾茲曼常數，Г表示溫度，Г表示散射率，μ_c表示化學勢。

2.根據權利要求1所述中紅外波段可動態控制的多功能布拉格光柵結構，其特征在于，所述布拉格光柵滿足公式：

d₁Real(neff₁)+d₂Real(neff₂)＝mλ_b/2

其中，d₁代表凸狀體的寬度，d₂代表凸狀體之間的寬度，Real(neff₁)為凸狀體的等效折射率，Real(neff₂)為凸狀體之間的等效折射率，m為常數，λ_b為布拉格波長。

3.根據權利要求2所述中紅外波段可動態控制的多功能布拉格光柵結構，其特征在于，所述布拉格光柵的周期性單元為凸凹狀的對稱結構，所述布拉格光柵的長方體硅基的高度W＝0.5um，所述布拉格光柵的長度隨著布拉格光柵的周期延伸；所述長方體硅基兩側的凸狀體的厚度ΔW＝2um，所述布拉格光柵兩邊凸狀體的寬度d₁＝1um，相鄰凸狀體之間的寬度d₂＝1um。

4.根據權利要求3所述的一種中紅外波段可動態控制的多功能布拉格光柵結構，其特征在于，在石墨烯布拉格光柵上施加偏置電壓，改變石墨烯的化學勢，所述石墨烯布拉格光柵即表面覆蓋有單層石墨烯的布拉格光柵；

當覆蓋于所述布拉格光柵上表面和下表面石墨烯的化學勢變化相同時，上下層布拉格光柵混合等離子體的有效折射率發生變化，且所述有效折射率的變化相同，所述布拉格光柵的共振波長發生變化；

石墨烯化學勢從0.2ev變化至0.8ev的過程中實現了布拉格光柵的共振波長從4650nm到4550nm的連續調制，并且所述布拉格光柵的透過率均小于3％，可用于進行大范圍帶阻濾波。

5.根據權利要求4所述的一種中紅外波段可動態控制的多功能布拉格光柵結構，其特征在于，在所述石墨烯布拉格光柵中引入缺陷，將所述布拉格光柵中任意一個凸狀體寬度改變至3um，所述石墨烯布拉格光柵在透射禁帶譜上出現了尖銳的透射峰；

隨著所述布拉格光柵兩邊石墨烯化學勢從0.2ev變化至0.8ev，所述布拉格光柵透射峰的共振波長從4350nm變化至4250nm，此時所述石墨烯布拉格光柵用作動態可調諧的帶通濾波器。

6.根據權利要求5所述的一種中紅外波段可動態控制的多功能布拉格光柵結構，其特征在于，在所述石墨烯布拉格光柵上施加偏置電壓，當加載在上下層石墨烯上的偏置電壓不同時，所述布拉格光柵的耦合系數發生變化；通過調節加載在所述布拉格光柵上表面和下表面石墨烯上電壓的差異，在共振波長4600nm處，所述布拉格光柵的透過率由3％變為83％，消光比為14.4dB。