一种基于石墨烯光学双稳态相移效应的结构及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯光学双稳态相移效应结构及应用，将两种折射率不同电介质薄片A和B逐层堆叠形成两个截断光子晶体(AB)

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯光学双稳态相移效应的结构及其应用


[0001]本专利技术涉及一种石墨烯光学双稳态相移效应的结构，以及该结构在移相器的应用。

技术介绍

[0002]在通信系统中，需要对信号进行调制，如调幅、调频和调相等，这就需要对载波的相位进行精确地操控。另外，在光纤通信中，还可能用到移相器。移相器可以对信号波的传播相位进行调整。过去的相移键控以及移相器的相移量大多为半波的整数倍，或四分之一波长的整数倍，因此不能灵活地改变相移量的大小。
[0003]缺陷光子晶体支持缺陷模，缺陷模对电场具有较强的局域性，而石墨烯拥有较大的非线性电导系数，于是考虑将石墨烯与缺陷光子晶体复合，来增强石墨烯的三阶非线性效应，进而实现低阈值的光学双稳态效应。
[0004]特别地，在光学双稳态效应中，透射系数相位在双稳态的阈值处会发生一个向上或向下的跳变，即可实现相位的移动，而透射光波的相位等于入射光波的相位加上透射系数的相位，因此，该效应可被应用于对光波的移相控制。另外，石墨烯的电导率是石墨烯的化学势的函数，因此，基于石墨烯光学双稳态效应的相移量以及相移位置可以通过石墨烯的化学势来灵活地调控。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可实现石墨烯光学双稳态相移效应结构及其应用。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于石墨烯光学双稳态相移效应结构，将两种折射率不同电介质薄片A和B逐层堆叠形成两个截断光子晶体(AB)
N
A和A(BA)
N
，其中字母N为大于0的正整数，所述字母N叫光子晶体的周期数，再将所述两个截断光子晶体与单层石墨烯C复合，形成一个具有双稳态相移效应的对称结构(AB)
N
ACA(BA)
N
；将所述复合结构置于水平面上，光波从结构左边或右边垂直入射；光波的激化方向为横电波或横磁波。
[0007]进一步地，上述电介质薄片A和B的厚度为1/4光学波长：即A的厚度为da=λ0/(4n
a
)，B的厚度为d
b
=λ0/(4n
b
)，其中n
a
和n
b
分别为电介质薄片A和B的折射率，λ0=1.55μm为中心波长。
[0008]进一步地，上述电介质薄片A的材料为氟化镁(MgF2)，折射率为n
a
=1.35，电介质薄片A的厚度为d
a
=λ0/(4n
a
)=0.2808μm；所述电介质薄片B的材料为硫化锌(ZnS)，折射率为n
b
=2.35，电介质薄片B的厚度为d
b
=λ0/(4n
b
)=0.1649μm。
[0009]进一步地，双稳态阈值以及透射系数相移量通过石墨烯的化学势、入射波长和光子晶体的周期数来调控。
[0010]包括如权利要求上述任意一种基于石墨烯光学双稳态相移效应结构的移相器。
[0011]本专利技术的特点和有益效果在于：将周期光子晶体与石墨烯复合，利用石墨烯的光
学双稳态相移效应，可以实现利用入射光的光强对透射系数相位的相移控制，进而实现对输出光波传播相位的相移调控。透射系数的相位跳变出现在双稳态的阈值处，双稳态的阈值、透射系数相位，以及透射光波传播相位的相位跳变量可以通过石墨烯的化学势、入射波长和周期光子晶体的周期数来灵活地调控。
[0012]该专利技术可应用于可调移相器。
附图说明
[0013]图1截断光子晶体与石墨烯复合结构示意图；图2 不同周期数N对应的光子晶体与石墨烯复合结构中光波的线性透射谱；图3 透射系数的相位随入射光光强的变化关系；图4(a)不同石墨烯化学势对应的透射系数相位随入射光光强变化关系；图4(b)双稳态阈值随石墨烯化学势的变化关系；图5 (a)双稳态上阈值对应的透射系数相位随石墨烯化学势的变化关系；图5(b)透射系数相位向上跳变的相移量随石墨烯化学势的变化关系；图5(c)双稳态下阈值对应的透射系数相位随石墨烯化学势的变化关系；图5(d)透射系数相位向下跳变的相移量随石墨烯的化学势变化关系；图6 (a)不同的入射光波长对应的透射系数相位与入射光光强的变化关系；图6(b) 双稳态的上、下阈值随入射光波长的变化关系；图7是不同的光子晶体周期数对应的透射系数相位与入射光光强的变化关系。
具体实施方式
[0014]以下结合实例和附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0015]图1为截断光子晶体与石墨烯的复合结构；将单层石墨烯镶嵌在两个截断光子晶体的中间，形成关于石墨烯的中心对称结构(AB)
N
ACA(BA)
N
，其中字母A和B分别表示两种折射率不同的电介质薄片，N表示截断光子晶体的周期数，故N为大于1的正整数，C表示单层石墨烯。因此，图1的所展示的具体结构为(AB)4ACA(BA)4，其中N=4。字母I
i
表示入射光，I
o
表示透射光线。将所述复合结构置于水平面上，光波从结构左边或右边垂直入射。光波的激化方向可以的横电波，也可以是横磁波。
[0016]将A和B两种电介质薄片沿水平方向依次排列，形成周期性的一维截断光子晶体(AB)
N
A和A(BA)
N
，再将单层石墨烯C嵌入到这两个截断的光子晶体(AB)
N
A和A(BA)
N
的中间，形成关于石墨烯的中心对称分布。
[0017]电介质薄片A的材料为氟化镁(MgF2)，所述电介质薄片A的折射率为n
a
=1.35，所述电介质薄片A的厚度为d
a
=λ0/4/n
a
=0.2808μm(μm表示微米)，即所述电介质薄片A的厚度等于1/4光学波长，其中λ0=1.55μm为中心波长；电介质薄片B的材料为硫化锌(ZnS)，所述电介质薄片B的折射率为n
b
=2.35，所述电介质薄片B的厚度为d
b
=λ0/4/n
b
=0.1649μm，即所述电介质薄片B的厚度也等于1/4光学波长。所述电介质薄片A和B也可选用其它电介质材料，但是相应的厚度应按照1/4光学波长进行调整。
[0018]单层石墨烯的厚度为d
c
=0.33nm(nm表示纳米)，石墨烯中电子的动量弛豫时间设
置为τ=0.15ps(ps表示皮秒)，环境温度设置为T
c
=300K(K表示开尔文)。石墨烯的厚度相对于电介质薄片A和B的厚度，基本可以忽略。因此，石墨烯所在位置就是结构的中心原点，则整个结构为一维结构，且关于石墨烯呈中心对称。
[0019]图2为不同光子晶体周期数N对应的光子晶体与石墨烯复合结构中光的线性透射谱。在入射光不够强的情况下，不考虑石墨烯的非线性效应。改变入射光的频率，图2给出的是周期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯光学双稳态相移效应结构，其特征在于，将两种折射率不同电介质薄片A和B逐层堆叠形成两个截断光子晶体(AB)
N
A和A(BA)
N
，其中字母N为大于0的正整数，所述字母N叫光子晶体的周期数，再将所述两个截断光子晶体与单层石墨烯C复合，形成一个具有双稳态相移效应的对称结构(AB)
N
ACA(BA)
N
；将所述复合结构置于水平面上，光波从结构左边或右边垂直入射；光波的激化方向为横电波或横磁波。2.如权利要求1所述的一种基于石墨烯光学双稳态效应结构，其特征在于，所述电上述电介质薄片A和B的厚度为1/4光学波长：即A的厚度为da=λ0/(4n
a
)，B的厚度为d
b
=λ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：