[发明专利]一种基于石墨烯和超表面结构的耦合装置及制备方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于，其包括：

衬底(1)，其长度、宽度、高度方向分别定义为X、Y、Z方向；

形成于所述衬底(1)上的绝缘层(2)；

位于所述绝缘层(2)内且自下而上布置的第一超表面结构(3)、第二超表面结构(4)和第三超表面结构(5)，所述第一超表面结构(3)包括沿X方向周期性间隔布置的第一单元(30)，所述第二超表面结构(4)包括沿X方向周期性间隔布置的第二单元(40)，所述第三超表面结构(5)包括沿X方向周期性间隔布置的第三单元(50)；

形成于所述绝缘层(2)上表面的石墨烯层(6)；同时，

所述耦合装置的几何参数包括第一超表面结构(3)的折射率、周期和厚度，第二超表面结构(4)的折射率、周期和厚度，以及第三超表面结构(5)的折射率、周期和厚度；

所述几何参数被配置为：当入射光射向所述石墨烯层(6)时，所述第三超表面结构(5)将入射光透射至所述第二超表面结构(4)，所述第一超表面结构(3)将入射光反射至所述第二超表面结构(4)，并使得入射光在所述第二超表面结构(4)内传播，入射光的入射方向和入射光在所述第二超表面结构(4)内的传播方向所在平面与XOY平面垂直，且所述入射方向与所述传播方向夹角为钝角。

2.如权利要求1所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于：

所述几何参数还包括所述第二超表面结构(4)与第一超表面结构(3)之间的间距以及所述第二超表面结构(4)与第三超表面结构(5)之间的间距。

3.如权利要求1所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于：

所述几何参数还包括所述第一超表面结构(3)的占空比、第二超表面结构(4)的占空比和第三超表面结构(5)的占空比。

4.如权利要求1所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于：

所述第三超表面结构(5)的折射率小于等于所述第二超表面结构(4)的折射率，且所述第三超表面结构(5)的折射率大于所述绝缘层(2)的折射率。

5.如权利要求4所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于：所述第三超表面结构(5)的折射率为1.8～4.2，所述第二超表面结构(4)的折射率为1.8～4.2，所述绝缘层(2)的折射率为1.0～2.5。

6.如权利要求1所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于：

所述石墨烯层(6)厚度为0.35～3.5nm。

7.如权利要求1所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于：

所述绝缘层(2)上表面朝所述第三超表面结构(5)凹陷并形成用于入射光入射的减薄区(7)。

8.如权利要求1所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于：

所述绝缘层(2)包括下绝缘层(21)和形成于所述下绝缘层(21)上的上绝缘层(20)，所述第一超表面结构(3)位于所述下绝缘层(21)内，所述第二超表面结构(4)和第三超表面结构(5)位于所述上绝缘层(20)内，

所述下绝缘层(21)采用BCB胶制作而成，所述上绝缘层(20)采用绝缘材料制作而成。

9.如权利要求1所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置，其特征在于：

所述衬底(1)采用金属材料，和/或，

所述第一超表面结构(3)采用金属材料，和/或，

所述第二超表面结构(4)采用绝缘材料，和/或，

所述第三超表面结构(5)采用绝缘材料。

10.一种如权利要求1所述的基于石墨烯和超表面结构的耦合装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在所述衬底(1)上制备第一超表面结构(3)；

在所述第一超表面结构(3)上沉积第一层；

在所述第一层上制备第二超表面结构(4)；

在所述第二超表面结构(4)上沉积第二层；

在第二层上制备第三超表面结构(5)；

在所述第三超表面结构(5)上沉积第三层，且第一层、第二层与第三层共同形成所述绝缘层(2)；

在所述第三层上形成石墨烯层(6)，得到所述耦合装置。