基于石墨烯阵列中相位多重光学双稳态效应的移相器制造技术

本实用新型专利技术涉及基于石墨烯阵列中相位多重光学双稳态效应的移相器，包括结构可表示成A(GB)

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯阵列中相位多重光学双稳态效应的移相器


[0001]本技术属于移相器
，具体涉及基于石墨烯阵列中相位多重光学双稳态效应的移相器。

技术介绍

[0002]在光电子技术中，需要对信号进行调制，如调幅、调频和调相等，这就需要对信号的相位进行精确地操控。特别地，在光通信中，经常用到移相器。移相器可以对信号波的相位进行调控。过去的相移键控以及移相器的相位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。

技术实现思路

[0003]为了改善现有的移相器不能灵活地改变相移量的大小的缺陷，本技术提供基于石墨烯阵列中相位多重光学双稳态效应的移相器。
[0004]本技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0005]基于石墨烯阵列中相位多重光学双稳态效应的移相器，包括结构可表示成A(GB)
N
GA的周期性石墨烯阵列，其中A和B表示两种不同厚度的电介质薄片，且电介质薄片A的厚度大于B的厚度，G表示单层石墨烯，指数N表示GB重复单元的数量，利用石墨烯的光学三阶非线性效应，实现透射系数相位的多重双稳态效应，再通过石墨烯的化学势来调控移相器中触发相移的阈值。
[0006]在上述技术方案的基础上，本技术还可以做如下改进。
[0007]进一步，所述指数N＝39。
[0008]进一步，所述电介质薄片A和B的材质均为二氧化硅，折射率为n
a
＝n
b
＝1.4491，厚度分别为d
a
＝4μm、d
b
＝0.1μm；所述石墨烯的厚度为d
g
＝0.33nm。
[0009]本技术的有益效果是：本技术所述移相器可灵活的改变相移量的大小。具体的，通过将单层石墨烯嵌入到电介质中，形成周期性石墨烯阵列A(GB)
N
GA。所述阵列支持多个行波共振，行波共振对电场具有局域作用，强的电场局域性能增强石墨烯的非线性效应，从而实现透射系数相位的多重光学双稳态效应。在双稳态的上、下阈值处，透射系数相位分别发生突然向上、向下的跳变，即相移。而双稳态的上、下阈随石墨烯的化学势增大而增大，继而可通过石墨烯的化学势来调控移相器中触发相移的阈值。
附图说明
[0010]图1为本技术实施例1的移相器中石墨烯阵列结构示意图；
[0011]图2为本技术实施例2中不同石墨烯化学势对应的光波的线性透射谱；
[0012]图3为本技术实施例3中透射系数相位随入射光强的变化关系；
[0013]图4为本技术实施例4中不同石墨烯化学势对应的透射系数相位随输入光强的变化关系。
具体实施方式
[0014]以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。
[0015]为便于本领域技术人员理解，本技术描述结构时，以图1为参照图，定义上、下、左、右等方向。该方向定义仅为描述的便利和便于本领域技术人员对本技术结构的理解，不涉及对本技术保护范围的限定。
[0016]光波在大块的电介质中传播，会形成多重行波共振，行波共振对电场具有局域性。而石墨烯具有较大的三阶非线性电导系数，于是将石墨烯插入到电介质中，形成周期性石墨烯阵列，利用行波共振来增强石墨烯的非线性效应，进而实现透射系数相位的多重光学双稳态效应。
[0017]特别地，在透射系数相位的多重光学双稳态效应中，透射系数相位在双稳态的上、下阈值处，分别会发生一个向上、向下的跳变，即可实现相位的正、负突然移动，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，该效应可被应用于光波传播相位的移相控制器。另外，石墨烯的电导率是石墨烯的化学势的函数，因此，基于石墨烯的多重光学双稳态的相移量以及相移阈值可以通过石墨烯的化学势来灵活地调控。
[0018]实施例1
[0019]图1为本实施例所设计的移相器中石墨烯阵列结构示意图。将40片单层石墨烯镶嵌在电介质中间，形成周期性一维石墨烯阵列。所述结构表示成A(GB)
39
GA，其中A和B表示两种不同厚度的电介质薄片，G表示单层石墨烯。指数39表示有39个GB重复单元。利用石墨烯的光学三阶非线性效应，实现透射系数相位的多重双稳态效应，并将所述多重双稳态效应应用于移相器中，再通过石墨烯的化学势来调控移相器中触发相移的阈值。
[0020]本实施例中，电介质薄片A和B的材料都选用二氧化硅，折射率为n
a
＝n
b
＝1.4491。所述A的厚度为d
a
＝4μm(微米)，所述B的厚度为d
b
＝0.1μm；石墨烯的厚度等效为d
g
＝0.33nm(纳米)。电介质薄片B的厚度d
b
也就是石墨烯阵列的空间周期。所述结构左右的电介质薄片A分别为输入光波导和输出光波导。
[0021]字母I1表示输入光，I2表示输出光线。光波从左边垂直入射。水平向右为Z轴的正方向。光波的极化方向可以是横电波，也可以是横磁波。石墨烯中电子弛豫时间τ＝0.15ps(ps表示皮秒)，室温Te＝300K(开尔文)，费米能级V
F
＝c/300，其中c为真空中光速。
[0022]实施例2
[0023]以实施例1得到的石墨烯阵列结构(N＝39)进行试验。图2给出的是不同石墨烯化学势对应的光波的线性透射谱。当输入光强较弱时，不用考虑石墨烯的非线性影响。可以看出，不同的石墨烯化学势μ＝0.3eV、0.4eV和0.5eV(电子伏)，对应着不同的透射谱。横坐标λ表示入射光波波长，纵坐标T表示光波的透射率。每个透射谱中，存在许多共振峰，对应着行波共振。行波共振对电场具有局域性，而石墨烯的三阶非线性效应正比于局域电场强度，故该结构可用于增强石墨烯的非线性效应，从而实现相位的光学双稳态效应。
[0024]还可以看到，随着波长的增大，存在一个透射率跳变，这是因为石墨烯的电子存在带内跃迁到带间跃迁的转变。波长增大，损耗降低，故透射率增大。化学势增大时，带内跃迁到带间跃迁的转变的跳变点向左移动，即向低输入波长移动。
[0025]实施例3
[0026]在实施例2的基础上，以实施例1得到的石墨烯阵列结构(N＝39)继续进行试验。
[0027]现增大输入光强能量，考虑石墨烯的非线性效应。石墨烯的非线性电导率系数为
[0028][0029]其中ω＝2π/λ，其它参数的设置保持不变，e是单个电子的电荷量，为简约普朗克常量，i为虚数单位，μ为石墨烯化学势。
[0030]透射系数t＝E
o
/E
i
，其中为E
i
输入电场强度，E
o
为透射电场强度，它们都是复数。于是将它们分别写成复指数形式为：是将它们分别写成复指数形式为：由此可得即透射电场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于石墨烯阵列中相位多重光学双稳态效应的移相器，其特征在于，包括结构可表示成A(GB)
N
GA的周期性石墨烯阵列，其中A和B表示两种不同厚度的电介质薄片，且电介质薄片A的厚度大于B的厚度，G表示单层石墨烯，指数N表示GB重复单元的数量，利用石墨烯的光学三阶非线性效应，实现透射系数相位的多重双稳态效应，再通过石墨烯的化学势来调控移相器中触发相移的阈值。2.根据权利要求...

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