一种双向耦合器及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种双向耦合器及使用方法，涉及信息光电子技术领域，其中双向耦合器包括：氮化硼薄膜；石墨烯薄膜，其与所述氮化硼薄膜间隔交错设置以形成一耦合区。本发明专利技术中的双向耦合器可以在同一个结构上实现两个方向的光波耦合。光波耦合。光波耦合。

【技术实现步骤摘要】
一种双向耦合器及使用方法


[0001]本专利技术涉及信息光电子
，具体涉及一种双向耦合器及使用方法。

技术介绍

[0002]当光波(电磁波)入射到金属与电介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象(Surface plasmon polaritons，SPP)。
[0003]由于表面等离激元所具备的高度局域、场增强、亚波长传输等奇异的电磁特性，使其被深入研究并取得了广泛的应用。但因为金属材料在微波频段表现为完美电导体，表面等离激元无法自然地存在于此频段。于是，一种出现在微波频段、存在于经过特殊结构设计的人工电磁材料界面上的人工表面等离激元被逐步研究和推广，因其具有相近于表面等离激元的性质，所以人工表面等离激元技术在天线、传感器、波导等器件中具有重要的应用价值。
[0004]近些年来，人工表面等离激元的激发和传播一直是研究的热点问题之一，如何设计出简单高效的人工表面等离激元耦合器更是急需解决的一个问题。然而，人工表面等离激元耦合器大多采用的单向耦合的方式，即在同一个结构上只能实现一个方向的光波耦合，但是单向耦合存在设计的自由度交底，转角损耗较大的问题，这严重限制了它的实际应用，亟待解决。
专利
技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术第一方面提供了一种双向耦合器，其可以在同一个结构上实现两个方向的光波耦合。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]一种双向耦合器，包括：
[0008]氮化硼薄膜；
[0009]石墨烯薄膜，其与所述氮化硼薄膜间隔交错设置以形成一耦合区。
[0010]一些实施例中，
[0011]所述耦合区的长度满足：Lc＝π/|N
effect
‑
graphene
‑
N
effect
‑
hBN
|，其中，Lc为耦合区的长度，N
effect
‑
graphene
为石墨烯表面等离激元的有效折射率，N
effect
‑
hBN
为氮化硼表面声子激元的有效折射率。
[0012]一些实施例中，所述氮化硼薄膜和石墨烯薄膜的间距为50nm。
[0013]一些实施例中，所述氮化硼薄膜的厚度为50nm。
[0014]一些实施例中，所述氮化硼薄膜和石墨烯薄膜呈上下间隔、左右水平交错布置。
[0015]一些实施例中，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯。
[0016]本专利技术第一方面提供了一种双向耦合器的使用方法，其可以在同一个结构上实现两个方向的光波耦合。
[0017]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0018]根据上述的一种双向耦合器的使用方法，该方法包括以下步骤；
[0019]利用中远红外光在石墨烯薄膜上形成表面等离激元波，并在氮化硼薄膜上形成表面声子激元波；
[0020]将表面等离激元波和表面声子激元波进行耦合。
[0021]一些实施例中，还包括：
[0022]根据中远红外光的波长和石墨烯、氮化硼的介电常数，分别计算石墨烯表面等离激元和氮化硼表面声子激元的有效折射率；
[0023]根据公式：Lc＝π/|N
effect
‑
graphene
‑
N
effect
‑
hBN
|设置耦合区的长度Lc，其中，N
effect
‑
graphene
为石墨烯表面等离激元的有效折射率，N
effect
‑
hBN
为氮化硼表面声子激元的有效折射率。
[0024]一些实施例中，利用波长范围为6.22μm
‑
7.3μm内的中远红外光，使表面等离激元波和表面声子激元波进行同向耦合。
[0025]一些实施例中，利用波长范围为12.05μm
‑
12.82的中远红外光，使表面等离激元波和表面声子激元波进行相背耦合。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0027]本专利技术中的双向耦合器，其包括石墨烯薄膜与氮化硼薄膜。通过将石墨烯薄膜与氮化硼薄膜间隔交错设置以形成一耦合区后，选择不同范围的入射光波的波长，就可以在同一个结构上实现两个方向的光波耦合，相比现有技术中单向耦合的方式，设计的自由度更高，根据实际情况可以选择改变传播方向，可以有效避免因转角带来的弯曲损耗。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施例中双向耦合器的结构示意图；
[0029]图2是本专利技术实施例中激射波长为6.4μm时耦合器电场分布图；
[0030]图3是本专利技术实施例中激射波长为6.5μm时耦合器电场分布图；
[0031]图4是本专利技术实施例中激射波长为12.3μm时耦合器电场分布图；
[0032]图5是本专利技术实施例中双向耦合器使用方法的流程图。
具体实施方式
[0033]下面通过附图以及列举本专利技术的一些可选实施例的方式，对本专利技术的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本
申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0035]进一步的，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向耦合器，其特征在于，包括：氮化硼薄膜；石墨烯薄膜，其与所述氮化硼薄膜间隔交错设置以形成一耦合区。2.根据权利要求1所述的一种双向耦合器，其特征在于：所述耦合区的长度满足：Lc＝π/|N
effect
‑
graphene
‑
N
effect
‑
hBN
|，其中，Lc为耦合区的长度，N
effect
‑
graphene
为石墨烯表面等离激元的有效折射率，N
effect
‑
hBN
为氮化硼表面声子激元的有效折射率。3.根据权利要求2所述的一种双向耦合器，其特征在于：所述氮化硼薄膜和石墨烯薄膜的间距为50nm。4.根据权利要求1所述的一种双向耦合器，其特征在于：所述氮化硼薄膜的厚度为50nm。5.根据权利要求1所述的一种双向耦合器，其特征在于：所述氮化硼薄膜和石墨烯薄膜呈上下间隔、左右水平交错布置。6.根据权利要求1所述的一种双向耦合器，其特征在于：所述石墨烯薄膜为单层石墨烯。7.根据权利要求1所述的一种双向耦合器的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤；利用中远红外光在石...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶金，武霖，姜天才，肖希，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：