一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导，其特征是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层、InGaAsP半导体缓冲层、占空比为10：1的金属光栅的金属层，所述金属光栅的金属层由长度与厚度相同、宽度比为2比1的金属Ag和石墨烯紧密连接构成，其中金属Ag位于金属层的左半部、石墨烯位于金属层的右半部，所述金属光栅的光栅空气间隙填充有感温介质乙醇。这种波导能够通过控制环境温度改变SPP纳米激光器的谐振波长和阈值，或通过检测SPP纳米波导器件的谐振波长的变化量，从而获得环境温度的变化量，这种波导既有出射波长可调谐的能力，又具有对环境温度变化高灵敏的检测能力。

Tunable surface plasmon waveguide with temperature sensing

The utility model discloses a tunable surface plasmon waveguide with temperature sensing, which is characterized by a bottom-to-top sequence overlapping silicon substrate layer, an InGaAsP semiconductor buffer layer and a metal layer of a metal grating with a duty ratio of 10:1. The metal layer of the metal grating consists of a metal layer with the same length and thickness and a width ratio of 2 to 1. The metal Ag is tightly connected with graphene, in which the metal Ag is located in the left half of the metal layer and the graphene is located in the right half of the metal layer. The waveguide can change the resonant wavelength and threshold of SPP nano-laser by controlling the ambient temperature, or by detecting the change of resonant wavelength of SPP nano-waveguide device, so as to obtain the change of ambient temperature. The waveguide has the ability of tunable emission wavelength and high sensitivity to the change of ambient temperature. Ability.

【技术实现步骤摘要】
一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导
本技术涉及光通信
，具体是一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导。
技术介绍
表面等离子体激元(Surfaceplasmonpolariton,简称SPP)是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迁移的表面电荷之间电磁模，可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的限制，正因为SPP这种独特的性质，使其在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用。浙江大学与瑞典皇家理工学院阿尔芬实验室课题组合作在“Novelsurfaceplasmonwaveguideforhighintegrations”一文提出的金属槽SPP波导，设计的波导结构能够实现亚波长量级的光场限制，损耗仅仅为4dB/um，然而尽管研究人员实现了将光场约束到几十纳米的量级，但设计的波导器件损耗依然很大，无法达到大规模应用的要求。《自然·光子学》在2018年刊载了“Broadbandgate-tunableterahertzplasmonsingrapheneheterostructures”一文，南京大学与美国UCLA研究发现，在碳化硅波导上设计制备了双层石墨烯异质结构，对石墨烯表面等离子激元实现了全光控制，然而，目前石墨烯SPP的研究都局限于波导，对温度传感缺乏研究，满足不了实际应用的要求。《自然·通信》在2013年刊载了“Plasmonicgoldmushroomarrayswithrefractiveindexsensingfiguresofmeritapproachingthetheoreticallimit”一文，该研究团队提出的传感器具灵敏度可达1050nmRIU-1，然而尽管研究人员实现了高灵敏度，但该结构尺寸大，不易集成，无法实现光电集成、全光回路。目前对于SPP波导或等离子体传感器的研究大都集中在其一，对于结合SPP波导实现小尺寸传感器报道甚少。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导。这种波导能够通过控制环境温度改变SPP纳米激光器的谐振波长和阈值，或通过检测SPP纳米波导器件的谐振波长的变化量，从而获得环境温度的变化量，这种波导既有出射波长可调谐的能力，又具有对环境温度变化高灵敏的检测能力。实现本技术目的的技术方案是：一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导，与现有技术不同的是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层、InGaAsP半导体缓冲层、占空比为10：1的金属光栅的金属层，所述金属光栅的金属层由长度与厚度相同、宽度比为2比1的金属Ag和石墨烯紧密连接构成，其中金属Ag位于金属层的左半部、石墨烯位于金属层的右半部，所述金属光栅的光栅空气间隙填充有感温介质乙醇，这种等离子波导结构会在单层石墨烯层边角处，形成高强度的LSPR效应，由于乙醇感知环境温度后，整个等离子波导的等效有效折射率发生变化，进而共振波长发生变化，通过检测共振峰变化实现温度的传感。所述InGaAsP半导体为高折射率介质InGaAsP。所述等离子波导通过改变石墨烯的费米能级与载流子浓度来实现具备温度传感的可调谐表面等离子波导作为出射波长可调谐的SPP纳米波导器件在亚波长尺度器件中的应用。所述具备温度传感的可调谐表面等离子波导的制备方法为：首先在硅基底层上沉积InGaAsP半导体缓冲层，接着在InGaAsP半导体缓冲层上刻蚀由金属Ag和石墨烯构成的金属光栅结构，然后在金属光栅的光栅空气间隙填充感温介质乙醇。入射光从上方垂直入射到等离子波导，由于等离子波导结构的散射作用，在Ag与InGaAsP半导体缓冲层界面发生表面等离子共振现象，与此同时，感温介质乙醇与石墨烯界面也实现了表面等离子共振现象，上述2类共振发生耦合，最终汇聚至石墨烯的边角处，形成高强度的LSPR效应，且由于乙醇感知环境温度后，整个等离子波导的等效有效折射率发生变化，进而共振波长发生变化，通过检测共振峰变化实现温度的传感。具有温度传感特性的可调谐石墨烯SPP波导传感器，不仅可以作为出射波长可调谐的SPP波导器件在亚波长尺度器件中的应用，还可以用于高灵敏度的温度探测，其可通过调节石墨烯的费米能级、载流子浓度、和环境温度，实现阈值可调谐的波导器件，同时，又可以反过来，通过检测谐振波长的变化，得到环境温度的细微变化，用于高灵敏度温度传感器。这种波导结构能够提供更强的局域化约束，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽、超快数据传输、超灵敏温度检测的应用。这种波导能够通过控制环境温度改变SPP纳米激光器的谐振波长和阈值，或通过检测SPP纳米波导器件的谐振波长的变化量，从而获得环境温度的变化量，这种波导既有出射波长可调谐的能力，又具有对环境温度变化高灵敏的检测能力。附图说明图1为实施例的结构示意图；图中，1.硅基底层2.InGaAsP层3.Ag4.石墨烯5.乙醇。具体实施方式下面结合附图和实施例对本
技术实现思路
作进一步阐述，但不是对本技术的限定。实施例：参照图1，一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导，包括自下而上顺序叠接的硅基底层1、InGaAsP半导体缓冲层2、占空比为10：1的金属光栅的金属层，所述金属光栅的金属层由长度与厚度相同、宽度比为2比1的金属Ag3和石墨烯4紧密连接构成，其中金属Ag3位于金属层的左半部、石墨烯4位于金属层的右半部，所述金属光栅的光栅空气间隙填充有感温介质乙醇5，这种等离子波导结构会在单层石墨烯层4边角处，形成高强度的LSPR效应，由于乙醇5感知环境温度后，整个等离子波导的等效有效折射率发生变化，进而共振波长发生变化，通过检测共振峰变化实现温度的传感。所述InGaAsP半导体为高折射率介质InGaAsP。所述等离子波导通过改变石墨烯的费米能级与载流子浓度来实现具备温度传感的可调谐表面等离子波导作为出射波长可调谐的SPP纳米波导器件在亚波长尺度器件中的应用。所述具备温度传感的可调谐表面等离子波导的制备方法为：首先在硅基底层1上沉积InGaAsP半导体缓冲层2，接着在InGaAsP半导体缓冲层2上刻蚀由金属Ag3和石墨烯4构成的金属光栅结构，然后在金属光栅的光栅空气间隙填充感温介质乙醇5。入射光从上方垂直入射到等离子波导，由于等离子波导结构的散射作用，在Ag3与InGaAsP半导体缓冲层2界面发生表面等离子共振现象，与此同时，感温介质乙醇5与石墨烯4界面也实现了表面等离子共振现象，上述2类共振发生耦合，最终汇聚至石墨烯4的边角处，形成高强度的LSPR效应，且由于乙醇5感知环境温度后，整个等离子波导的等效有效折射率发生变化，进而共振波长发生变化，通过检测共振峰变化实现温度的传感。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导，其特征是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层、InGaAsP半导体缓冲层、占空比为10：1的金属光栅的金属层，所述金属光栅的金属层由长度与厚度相同、宽度比为2比1的金属Ag和石墨烯紧密连接构成，其中金属Ag位于金属层的左半部、石墨烯位于金属层的右半部，所述金属光栅的光栅空气间隙填充有感温介质乙醇。

【技术特征摘要】
1.一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导，其特征是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层、InGaAsP半导体缓冲层、占空比为10：1的金属光栅的金属层，所述金属光栅的金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐政杰，朱君，傅得立，秦柳丽，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：新型
国别省市：广西,45