[发明专利]一种基于石墨烯的中红外可调谐带阻滤波器

说明书

本发明公开一种基于石墨烯中红外可调谐带阻滤波器，其包括介质层和石墨烯层组成，介质层上铺有周期结构石墨烯层，周期单元结构均呈交叉领结形，其由纵向和横向领结形均匀垂直叠加构成，纵向和横向领结形完全相同；单领结形单领结形由一个矩形和两个等腰梯形组成，矩形的两端分别与两个完全一致的等腰梯形相接；所有纳米石墨烯单元均在介质层上以矩阵形式排列。本发明滤波器具有双模式可调谐特性，通过改变外加偏置电压或者化学掺杂来调节石墨烯化学势变化，进而实现频段的选择性。本发明适用范围广，调节度高，体积小，集成度高，便于加工，选频特性好，因而在全光网络中有潜在的应用前景。

(一)技术领域

本发明涉及微纳光电子器件领域，具体是一种基于石墨烯的中红外可调谐带阻滤波器。

(二)背景技术

任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的，分子在发生振动能级跃迁时，需要一定的能量，这个能量通常由辐射体系的红外光来供给。而中红外波段因其涵盖了分子的振动能级，使得人们可以通过红外光谱特征实现推测化合物可能存在的基团，实现利用红外吸收光谱的分子共振指纹来鉴别各种化合物质，因而使得中红外光谱技术备受人们的关注而广泛应用于环境污染监测、生物医学以及光通信等领域成为国内外研究的热点。基于以上应用背景，滤波器作为红外光谱检测的重要无源器件，具有特征选频和滤噪等作用，在微波通信、雷达、微波测量等领域具有重要的应用价值而被广泛研究。此外，非分光红外是滤波器在中红外波段另一典型应用，其虽可以实现对特定分子吸收带进行频率选择，但由于传统滤波器大多采用中心波长固定模式，因而使用过程中限制了其应用的灵活性。基于此，为了克服上述缺陷，满足动态滤波需求，发展中红外波段可调谐滤波器显得十分必要。

石墨烯是一种由碳原子以正六边形晶格蜂窝状结构排列而成的二维纳米材料，其具有优异的导热、导电、光学、电学和力学等特性，更重要的是它还具有对称锥型零带隙结构，拥有极高的电子和空穴迁移率，并可以通过外加偏置电压或者化学掺杂来改变载流子浓度实现石墨烯表面电导率调控，进而实现光电器件在工作时动态可调，基于石墨烯这一独特的性质，使得石墨烯中红外滤波器具有巨大的实用价值，但是现有报道的基于石墨烯中红外带阻滤波器仅存在单频带特性，这样在某些方面限制了其应用范围，为了克服这类滤波器的缺陷，需发展基于石墨烯中红外波段多功能可调谐带阻滤波器。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨烯的中红外可调谐带阻滤波器，以克服现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于石墨烯的中红外可调谐带阻滤波器，其由介质层和石墨烯层组成，介质层上铺有周期结构石墨烯层，每个周期单元结构均呈交叉领结形，其由纵向和横向领结形均匀垂直叠加构成，纵向和横向领结形完全相同；单领结形由一个矩形和两个等腰梯形组成，矩形的两端分别与等腰梯形相接，两个等腰梯形完全一致；所有纳米石墨烯单元均在介质层上呈矩阵形式排列。

上述技术方案可采用如下优选方式：

所述的介质层材料为二氧化硅，折射率为1.44；所述的纵向领结形石墨烯长度为130nm～170nm；所述的横向领结形石墨烯长度为130nm～170nm；所述的矩形石墨烯宽度为30nm；所述的交叉领结形石墨烯单元周期为240nm；所述的相邻梯形距离长度为20nm～60nm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明设计了一种基于石墨烯的新型滤波器。利用石墨烯的优异特性，通过改变外加偏置电压或者化学掺杂来实现石墨烯化学势变化，进而实现横向偏振光透射谷位置的可调谐，满足透射谷值动态调控的需求，大大提高了滤波器的利用率，在实际中具有灵活调谐特性。

2、在本发明滤波器具有结构简单，体积小，集成度高，便于加工，性能优良及实用性强等优势，具体的效果将在实施方式中详解。

(四)附图说明