基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，包括金属结构层、石墨烯层、介质层、衬底反射层、金属电极和电压源，石墨烯层包括：至少一层石墨烯，石墨烯平铺于介质层，电压源与石墨烯连接，通过电压源对石墨烯施加不同的电压以调控入射光的反射率大小。根据本发明专利技术实施例的电光调制器，通过将金属和石墨烯结合，形成石墨烯/金属的复合结构，来实现对入射光的调控功能。

Electro optic modulator based on graphene / metal composite structure

The invention discloses an electro-optic modulator based on the composite structure of graphene / metal, including metal structure layer, Shi Moxi layer, medium layer, substrate reflection layer, metal electrode and voltage source. The graphene layer includes at least one layer of graphene, graphene is spread on the medium layer, the electric pressure source is connected with graphene, and the voltage source is used. Graphene exerts different voltages to control the reflectivity of incident light. The electro-optic modulator, according to the embodiment of the invention, combines the metal and the graphene to form a composite structure of graphene / metal to realize the regulation of the incident light.

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器
本专利技术涉及电光调制器
，更具体地，涉及一种基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器。
技术介绍
亚波长结构，是一种人工设计的平面低维度微纳结构，由亚波长量级的单元模块构建而成，可产生许多超传统的物理现象。随着科技进步与现代化的发展，信息传输和处理的需求日益增长，光电元器件对尺寸的要求越来越精密，传统的光电器件无法满足现代化的需求，利用亚波长结构制作的高集成度的光电元器件应运而生。亚波长的光电器件以光学近场为信息载体，通过微纳米尺寸的光学元件与近场之间的电磁相互作用，来实现光信息的识别、检测、传递、传感、交换等。其与光相互作用的物理机理主要包括表面等离子激元，P-B相位(Pancharatnam-BerryPhase)，米散射(MIE)。其中金属的亚波长结构可有效激发表面等离子激元，在平面的结构处产生很强的共振吸收,通过调节亚波长结构的几何参数，能够有效的对电磁场的透射或者反射进行深度的调控。这种新型亚波长金属超表面器件调控能力强，有轻型化、微型化、集成化、操控灵活等优点。单层石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构材料,以其高的电子迁移率、量子霍尔效应、极低的电阻率以及高的透光性等许多奇特的物理、化学特性,成为当今研究中的热点之一。传统的金属等导电材料中往往有大量的自由电子，而石墨烯是具有半导体性质的材料，其电子浓度仅仅1012cm-2到1013cm-2,同时石墨烯的载流子浓度可以通过电极及化学参杂调控。因此，石墨烯的光电特性是可调的，并可以在极大的范围内变化。通过在石墨烯上加电极，采用电参杂的方式，能够改变石墨烯的电导率，在光学上改变了其折射率，从而能够实时的对入射光进行调控。因此，石墨烯能够作为一个优良的电压可调控的材料用于光电器件。中国专利技术专利(CN201710516770.5)一种基于石墨烯共面平面行波吸收型光调制器，采用了共平面的波导行波电极结构，在工作时，偏置电压通过微波探针加载到电极上，通过改变电压动态调节石墨烯的复合介电常数，从而影响条形光波导对光的吸收。专利技术采用了多条石墨烯带，结构相对复杂，未涉及仅用一个石墨烯平面的调控结构。中国专利技术专利(CN107065072A)基于多模波导的新型光调制器，其结构是具有多模调制结构的电致吸收调制器，具有多模调制结构的相位调制器或者具有多模结构的马赫泽德干涉仪调制器，利用多模波导光调制区以及模式复用-解复用技术，使得光能够以不同的方式多次经过光调制区，从而增强对光场的调制结果。专利技术是利用很多条波导的结构通过复用和解复用的技术来实现，未涉及石墨烯的电压调控。中国专利技术专利(CN107045214A)光调制器，结构为一种马赫泽德干型的光调制器，针对从半导体激光器入射的连续的光，通过根据电信号使两路光波导支路的量子阱的折射率变化而进行相位调制，利用光分波器使入射的连续光分波，光移相器配置在一条支路上，光和波器使两支路的光和波，加电极接到俩个支路，施加直流电压来实现光调制的功能。和本专利技术不同的是，该专利技术利用了马赫泽德的调制器模型，用波导的结构来实现。专利技术利用了长条波导结构，未涉及简单的平面结构。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种通过改变外部的施加电压来调控透过率，当外部电压为不同的连续数值时，对入射光的反射率也会随之改变的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器。根据本专利技术实施例的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，包括：金属结构层、石墨烯层、介质层、衬底反射层、金属电极和电压源，其特征在于，所述石墨烯层包括至少一层石墨烯，所述石墨烯平铺于所述介质层，所述电压源与所述石墨烯连接，通过所述电压源对所述石墨烯施加不同的电压以调控入射光的反射率大小。根据本专利技术实施例的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，通过将金属结构层和石墨烯结合，形成石墨烯/金属的复合结构，来实现对入射光的调控功能。其中，金属结构层能够通过表面等离子激元共振效应来对共振波长处的入射光实现超吸收，实现某一波长的入射光的透过率进行调控，通过电压调控石墨烯，使得石墨烯具有不同的折射率，从而改变金属结构等离子激元的共振波长，使得超吸收的波段发生“漂移”，整个结构在同一入射光的条件下具有不同的透过率，根据外部施加电压的大小来调控所述的电光调制器的透过率，对于某一特定波长，可以通过改变电压的方式来得到这个波长不同的透过率。另外，根据本专利技术实施例的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的一个实施例，所述电光调制器自下而上依次为：所述衬底反射层、所述介质层、所述石墨烯层和所述金属结构层，所述金属电极分别与所述石墨烯层和所述衬底反射层连接。根据本专利技术的一个实施例，所述衬底反射层为金属反射层，所述衬底反射层、所述介质层和所述石墨烯层构成电容结构。根据本专利技术的一个实施例，所述衬底反射层为金、银或铜以用于反射入射光。根据本专利技术的一个实施例，所述金属结构层为金属光栅，所述金属光栅的周期在150nm-10μm，占宽比在0.2-0.9，高度为10nm-200nm。根据本专利技术的一个实施例，所述石墨烯层包括1-15层所述石墨烯。根据本专利技术的一个实施例，所述介质层的厚度为0-2um。根据本专利技术的一个实施例，所述介质层为氧化铝、氮化硼、氟化镁或二氧化硅。根据本专利技术的一个实施例，所述电压源施加的电压为0-200v。根据本专利技术的一个实施例，所述金属结构层的材料为金、银、铝、镍、铬、钛和铜中的至少一个或者其合金。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器的结构示意图；图2是石墨烯的费米能级图；图3是根据本专利技术实施例的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器不具有石墨烯层时的光透过率和波长的关系图；图4(a)是根据本专利技术实施例的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器的石墨烯层为5层时不同费米能级下的光透过率和波长的关系图；图4(b)是根据本专利技术实施例的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器的石墨烯层为7层时不同费米能级下的光透过率和波长的关系图；图4(c)是根据本专利技术实施例的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器的石墨烯层为10层时不同费米能级下的光透过率和波长的关系图。附图标记：基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器100；衬底反射层10；介质层20；石墨烯层30；金属结构层40；金属电极50。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，包括金属结构层、石墨烯层、介质层、衬底反射层、金属电极和电压源，其特征在于，所述石墨烯层包括：至少一层石墨烯，所述石墨烯平铺于所述介质层，所述电压源与所述石墨烯连接，通过所述电压源对所述石墨烯施加不同的电压以调控入射光的反射率大小。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，包括金属结构层、石墨烯层、介质层、衬底反射层、金属电极和电压源，其特征在于，所述石墨烯层包括：至少一层石墨烯，所述石墨烯平铺于所述介质层，所述电压源与所述石墨烯连接，通过所述电压源对所述石墨烯施加不同的电压以调控入射光的反射率大小。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器自下而上依次为：所述衬底反射层、所述介质层、所述石墨烯层和所述金属结构层，所述金属电极分别与所述石墨烯层和所述衬底反射层连接。3.根据权利要求2所述的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，其特征在于，所述衬底反射层为金属反射层，所述衬底反射层、所述介质层和所述石墨烯层构成电容结构。4.根据权利要求3所述的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，其特征在于，所述衬底反射层为金、银或铜以用于反射入射光。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钦华，杨松，曹冰，赵恩，刘伊，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32