[发明专利]一种可实现空间位移的电介质薄层和石墨烯的复合结构

说明书

本发明提供了一种可实现空间位移的电介质薄层和石墨烯的复合结构，属于光学技术领域。包括非厄米电介质薄层和两个石墨烯单层，两个石墨烯单层分别沉积在非厄米电介质薄层的两侧形成一个三层结构；在光波以非垂直入射角度由某一石墨烯单层穿过时，可提高共振态的反射率，且在共振态附近可以获得大的古斯‑汉森位移。本发明具有能够提高复合结构共振态的反射率和获得在共振态附近的较大古斯‑汉森位移等优点。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种可实现空间位移的电介质薄层和石墨烯的复合结构。

背景技术

当光在两种不同媒质的分界面上发生全反射时，相对于几何光学预测的位置，反射光束存在一个横向位移，即空间古斯-汉森(GH)位移。古斯-汉森位移可广泛用于对光波长、角度和材料折射率等的传感与检测。

当光在媒质的分界面上发生全反射时，会有部分光波渗入到下层媒质，形成倏逝波。该效应等效于将分界面向下移动一定的距离，引起反射点和反射光束相对于入射点发生了横向移动。反射光束的横向位移可以为正，也可以为负。而实际上，当光束中各个波长的光波在分界面上发生反射时，不同频率的光波，其相对相位移动各不相同，这就导致了叠加后形成的反射光束存在一个横向移动。

古斯-汉森位移最开始由古斯和汉森在实验上测得，但因空间古斯和汉森位移只有几个波长的量级，刚开始很难在实验上进行验证，在实践中也不易体现出其应用价值。后续研究表明，部分反射光也可以存在古斯-汉森位移，而且量级还可以进一步提高。另外，反射光束还可以在角度上发生偏转，即角度古斯-汉森位移。

如何提高古斯-汉森位移的量级，以及挖掘古斯-汉森位移的潜在应用价值，是人们一直努力的方向。研究发现，当材料中存在弱损耗时，可以诱发几十倍波长量级的古斯-汉森位移；在光子晶体的带隙边缘，也可以存在较大的古斯-汉森位移；另外，在非厄米光子系统中(系统中存在增益和损耗，或二者其一)的异常点(exceptional points：EPs)附件，可以出现极大的古斯-汉森位移。在这三种情况中的一个共同的弊端都是反射率非常低，尤其是在异常点，反射率为零，这对实际中的探测和应用带来极大的困难。

石墨烯作为一种新兴的二维材料，具有良好的电学和力学特性，被广泛应用科学研究和生产实践中。石墨烯中存在的弱损耗，这可以导致反射系数相位急剧地改变，从而获得较大的古斯-汉森位移；同时，石墨烯的导电性可以被用来增强光的反射率。为此，我们将石墨烯和非厄米电介质薄层复合，来提高共振态的反射率，以及在共振态附近，可以获得极大的古斯-汉森位移。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种可实现空间位移的电介质薄层和石墨烯的复合结构，本发明所要解决的技术问题是提高复合结构共振态的反射率和获得在共振态附近的较大古斯-汉森位移。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种可实现空间位移的电介质薄层和石墨烯的复合结构，其特征在于，包括非厄米电介质薄层和两个石墨烯单层，两个石墨烯单层分别沉积在非厄米电介质薄层的两侧形成一个三层结构；在光波以非垂直入射角度由某一石墨烯单层穿过时，可提高共振态的反射率，且在共振态附近可以获得大的古斯-汉森位移。

进一步的，所述非厄米电介质薄层的材料为二氧化硅，可通过掺入铒离子实现对非厄米电介质薄层的增益控制，可掺入铜离子对非厄米电介质薄层的损耗控制。

本发明的优点：将非厄米电介质薄层与石墨烯复合，相对于无石墨烯的情况，可以大大地增强共振态的反射率；还可以极大地提高反射光束的空间古斯-汉森位移；在共振态附件，古斯-汉森位移可高达108倍波长，而且该位移对入射角、入射波长和介电常数极其敏感，因此，该结构可用于高灵敏度角度、波长和介电常数传感与检测。

附图说明

图1是本复合结构的层结构图。