[发明专利]一种提高石墨烯上表面等离激元耦合强度的结构

说明书

本发明涉及一种提高石墨烯上表面等离激元耦合强度的结构，包括第一金属膜、第一发光层、石墨烯层、第二发光层、第二金属膜构成的多层结构；所述第一金属膜的上方设置有第一发光层，所述第一发光层的上方设置有石墨烯层，所述石墨烯层的上方设置有第二发光层，所述第二发光层的上方设置有第二金属膜；该提高石墨烯上表面等离激元耦合强度的结构，不仅结构简单，能够充分发挥石墨烯的光学特性，提高表面等离激元耦合强度的光学结构，而且在所述的光学结构上设置条形的石墨烯，能够使得表面等离激元定向的传输，另外，所设置的非平面石墨烯层能够耦合更多的表面等离激元，大大提高了表面等离激元的耦合度。

技术领域

本发明属于光源技术领域，具体涉及一种提高石墨烯上表面等离激元耦合强度的结构。

背景技术

表面等离激元(SurfacePlasmons,SPs)是金属介质界面自由电子相干振荡形成的一种电磁表面波。由于SPs能够在亚波长范围内实现光的传输与操控，且能够在一些特殊的金属微纳结构中产生显著增强的局域光电场，因而它在生物传感器、表面拉曼散射增强及光子回路等众多领域都有着重要的应用。近年来，将贵金属纳米颗粒与半导体纳米结构复合得到光学上共振体系由于其具有不同于复合单体的独特优异性能引起了研究的热潮。金属纳米颗粒的局域表面等离激元引起的局域增强电磁场可以产生一系列的非线性效应，其与半导体量子点中激子耦合可对光吸收、光发射、纳米结构间的能量转移、新极化激元的产生进行调控，其中新极化激元的产生表明表面等离激元与激子进行强相互作用，也即进入了强耦合区。强耦合的表面等离激元与激子可以可逆地交流能量，其周期在飞秒量级，这在量子操控光子、单光子光源和晶体管、无阈值激射、超快全光开光和量子信息处理等领域有重要应用。

表面等离激元将电磁场限制于亚波长范围和局域电磁场强度极大增强的特性，使在室温和不需要闭合谐振腔的情况下就可得到强耦合。强耦合时表面等离激元和激子形成新的极化激元，在共振频率可观察到能级分裂，也即Rabi劈裂。现在大部分的研究集中于表面等离激元与染料或小分子中激子的强耦合，而与半导体量子点中激子强耦合研究地很少。半导体量子点相对于染料或小分子具有光电性质高度可调、吸收和荧光截面高、不易发生荧光漂白等一系列优点，必将成为新一代光电器件的核心材料。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3％，看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3％。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。

利用石墨烯来研究表面等离激元效应，是现有的光学领域中比较热门的一个研究方向，表面等离激元在石墨烯上的耦合的强度，影响着表面等离激元更多的应用，提高表面等离激元在石墨烯上的耦合的强度，有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高石墨烯上表面等离激元耦合强度的结构。

该提高石墨烯上表面等离激元耦合强度的结构，包括第一金属膜、第一发光层、石墨烯层、第二发光层、第二金属膜构成的多层结构；所述第一金属膜的上方设置有第一发光层，所述第一发光层的上方设置有石墨烯层，所述石墨烯层的上方设置有第二发光层，所述第二发光层的上方设置有第二金属膜。

所述石墨烯层为多个同向排列的石墨烯条组成。

所述石墨烯层为多个周期性排列的石墨烯条组成。

所述石墨烯条的排列周期为100nm～300nm。

所述石墨烯条之间填充有二氧化硅。