[实用新型]基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器

说明书

本实用新型公开了一种基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器，包括金属结构层、石墨烯层、介质层、衬底反射层、金属电极和电压源，石墨烯层包括：至少一层石墨烯，石墨烯平铺于介质层，电压源与石墨烯连接，通过电压源对石墨烯施加不同的电压以调控入射光的反射率大小。根据本实用新型实施例的电光调制器，通过将金属和石墨烯结合，形成石墨烯/金属的复合结构，来实现对入射光的调控功能。

技术领域

本实用新型涉及电光调制器技术领域，更具体地，涉及一种基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器。

背景技术

亚波长结构，是一种人工设计的平面低维度微纳结构，由亚波长量级的单元模块构建而成，可产生许多超传统的物理现象。随着科技进步与现代化的发展，信息传输和处理的需求日益增长，光电元器件对尺寸的要求越来越精密，传统的光电器件无法满足现代化的需求，利用亚波长结构制作的高集成度的光电元器件应运而生。亚波长的光电器件以光学近场为信息载体，通过微纳米尺寸的光学元件与近场之间的电磁相互作用，来实现光信息的识别、检测、传递、传感、交换等。其与光相互作用的物理机理主要包括表面等离子激元，P-B相位(Pancharatnam-Berry Phase)，米散射(MIE)。其中金属的亚波长结构可有效激发表面等离子激元，在平面的结构处产生很强的共振吸收,通过调节亚波长结构的几何参数，能够有效的对电磁场的透射或者反射进行深度的调控。这种新型亚波长金属超表面器件调控能力强，有轻型化、微型化、集成化、操控灵活等优点。

单层石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构材料,以其高的电子迁移率、量子霍尔效应、极低的电阻率以及高的透光性等许多奇特的物理、化学特性,成为当今研究中的热点之一。传统的金属等导电材料中往往有大量的自由电子，而石墨烯是具有半导体性质的材料，其电子浓度仅仅10¹²cm^-2到10¹³cm^-2,同时石墨烯的载流子浓度可以通过电极及化学参杂调控。因此，石墨烯的光电特性是可调的，并可以在极大的范围内变化。通过在石墨烯上加电极，采用电参杂的方式，能够改变石墨烯的电导率，在光学上改变了其折射率，从而能够实时的对入射光进行调控。因此，石墨烯能够作为一个优良的电压可调控的材料用于光电器件。

中国实用新型专利(CN201710516770.5)一种基于石墨烯共面平面行波吸收型光调制器，采用了共平面的波导行波电极结构，在工作时，偏置电压通过微波探针加载到电极上，通过改变电压动态调节石墨烯的复合介电常数，从而影响条形光波导对光的吸收。实用新型采用了多条石墨烯带，结构相对复杂，未涉及仅用一个石墨烯平面的调控结构。

中国实用新型专利(CN107065072A)基于多模波导的新型光调制器，其结构是具有多模调制结构的电致吸收调制器，具有多模调制结构的相位调制器或者具有多模结构的马赫泽德干涉仪调制器，利用多模波导光调制区以及模式复用-解复用技术，使得光能够以不同的方式多次经过光调制区，从而增强对光场的调制结果。实用新型是利用很多条波导的结构通过复用和解复用的技术来实现，未涉及石墨烯的电压调控。

中国实用新型专利(CN107045214A)光调制器，结构为一种马赫泽德干型的光调制器，针对从半导体激光器入射的连续的光，通过根据电信号使两路光波导支路的量子阱的折射率变化而进行相位调制，利用光分波器使入射的连续光分波，光移相器配置在一条支路上，光和波器使两支路的光和波，加电极接到俩个支路，施加直流电压来实现光调制的功能。和本实用新型不同的是，该实用新型利用了马赫泽德的调制器模型，用波导的结构来实现。实用新型利用了长条波导结构，未涉及简单的平面结构。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种通过改变外部的施加电压来调控透过率，当外部电压为不同的连续数值时，对入射光的反射率也会随之改变的基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器。