[發(fā)明專(zhuān)利]一種可實(shí)現(xiàn)空間位移的電介質(zhì)薄層和石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011373121.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112363252A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖北科技學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G02B1/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B1/00;G02B5/08
• 代理公司: 咸寧鴻信專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 42249
• 代理人: 汪彩彩

本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)空間位移的電介質(zhì)薄層和石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。包括非厄米電介質(zhì)薄層和兩個(gè)石墨烯單層，兩個(gè)石墨烯單層分別沉積在非厄米電介質(zhì)薄層的兩側(cè)形成一個(gè)三層結(jié)構(gòu)；在光波以非垂直入射角度由某一石墨烯單層穿過(guò)時(shí)，可提高共振態(tài)的反射率，且在共振態(tài)附近可以獲得大的古斯?漢森位移。本發(fā)明具有能夠提高復(fù)合結(jié)構(gòu)共振態(tài)的反射率和獲得在共振態(tài)附近的較大古斯?漢森位移等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可實(shí)現(xiàn)空間位移的電介質(zhì)薄層和石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

當(dāng)光在兩種不同媒質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射時(shí)，相對(duì)于幾何光學(xué)預(yù)測(cè)的位置，反射光束存在一個(gè)橫向位移，即空間古斯-漢森(GH)位移。古斯-漢森位移可廣泛用于對(duì)光波長(zhǎng)、角度和材料折射率等的傳感與檢測(cè)。

當(dāng)光在媒質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射時(shí)，會(huì)有部分光波滲入到下層媒質(zhì)，形成倏逝波。該效應(yīng)等效于將分界面向下移動(dòng)一定的距離，引起反射點(diǎn)和反射光束相對(duì)于入射點(diǎn)發(fā)生了橫向移動(dòng)。反射光束的橫向位移可以為正，也可以為負(fù)。而實(shí)際上，當(dāng)光束中各個(gè)波長(zhǎng)的光波在分界面上發(fā)生反射時(shí)，不同頻率的光波，其相對(duì)相位移動(dòng)各不相同，這就導(dǎo)致了疊加后形成的反射光束存在一個(gè)橫向移動(dòng)。

古斯-漢森位移最開(kāi)始由古斯和漢森在實(shí)驗(yàn)上測(cè)得，但因空間古斯和漢森位移只有幾個(gè)波長(zhǎng)的量級(jí)，剛開(kāi)始很難在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行驗(yàn)證，在實(shí)踐中也不易體現(xiàn)出其應(yīng)用價(jià)值。后續(xù)研究表明，部分反射光也可以存在古斯-漢森位移，而且量級(jí)還可以進(jìn)一步提高。另外，反射光束還可以在角度上發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即角度古斯-漢森位移。

如何提高古斯-漢森位移的量級(jí)，以及挖掘古斯-漢森位移的潛在應(yīng)用價(jià)值，是人們一直努力的方向。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料中存在弱損耗時(shí)，可以誘發(fā)幾十倍波長(zhǎng)量級(jí)的古斯-漢森位移；在光子晶體的帶隙邊緣，也可以存在較大的古斯-漢森位移；另外，在非厄米光子系統(tǒng)中(系統(tǒng)中存在增益和損耗，或二者其一)的異常點(diǎn)(exceptional points：EPs)附件，可以出現(xiàn)極大的古斯-漢森位移。在這三種情況中的一個(gè)共同的弊端都是反射率非常低，尤其是在異常點(diǎn)，反射率為零，這對(duì)實(shí)際中的探測(cè)和應(yīng)用帶來(lái)極大的困難。

石墨烯作為一種新興的二維材料，具有良好的電學(xué)和力學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中。石墨烯中存在的弱損耗，這可以導(dǎo)致反射系數(shù)相位急劇地改變，從而獲得較大的古斯-漢森位移；同時(shí)，石墨烯的導(dǎo)電性可以被用來(lái)增強(qiáng)光的反射率。為此，我們將石墨烯和非厄米電介質(zhì)薄層復(fù)合，來(lái)提高共振態(tài)的反射率，以及在共振態(tài)附近，可以獲得極大的古斯-漢森位移。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種可實(shí)現(xiàn)空間位移的電介質(zhì)薄層和石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提高復(fù)合結(jié)構(gòu)共振態(tài)的反射率和獲得在共振態(tài)附近的較大古斯-漢森位移。

本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種可實(shí)現(xiàn)空間位移的電介質(zhì)薄層和石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括非厄米電介質(zhì)薄層和兩個(gè)石墨烯單層，兩個(gè)石墨烯單層分別沉積在非厄米電介質(zhì)薄層的兩側(cè)形成一個(gè)三層結(jié)構(gòu)；在光波以非垂直入射角度由某一石墨烯單層穿過(guò)時(shí)，可提高共振態(tài)的反射率，且在共振態(tài)附近可以獲得大的古斯-漢森位移。

進(jìn)一步的，所述非厄米電介質(zhì)薄層的材料為二氧化硅，可通過(guò)摻入鉺離子實(shí)現(xiàn)對(duì)非厄米電介質(zhì)薄層的增益控制，可摻入銅離子對(duì)非厄米電介質(zhì)薄層的損耗控制。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：將非厄米電介質(zhì)薄層與石墨烯復(fù)合，相對(duì)于無(wú)石墨烯的情況，可以大大地增強(qiáng)共振態(tài)的反射率；還可以極大地提高反射光束的空間古斯-漢森位移；在共振態(tài)附件，古斯-漢森位移可高達(dá)108倍波長(zhǎng)，而且該位移對(duì)入射角、入射波長(zhǎng)和介電常數(shù)極其敏感，因此，該結(jié)構(gòu)可用于高靈敏度角度、波長(zhǎng)和介電常數(shù)傳感與檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本復(fù)合結(jié)構(gòu)的層結(jié)構(gòu)圖。