[实用新型]一种基于石墨烯双曲超材料的圆柱型槽波导结构

说明书

本实用新型揭示了一种基于石墨烯双曲超材料的圆柱型槽波导结构，该圆柱型槽波导结构包括一个十六周期同轴圆环以及一个圆环槽，圆柱型槽波导横截面的最内层为实心Ge圆柱，一层石墨烯和一层Ge圆环构成一个周期的圆环，由内向外是八个周期排列的石墨烯和Ge圆环组成的圆环，再然后是MgF圆环槽，最后是八个周期排列的石墨烯和Ge圆环组成的圆环。该圆柱型槽结构波导利用柱型槽结构波导结构代替原有的平面槽结构，当光垂直进入结构时，光场被很好的限制在圆环型槽区域的结构中，并且可以进行径向偏振光的传输，由于此结构的结构紧凑，尺寸小，集成度高，可用于高密度的集成光路，也可以应用于在生物化学传感器等领域，具有广阔的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及一种基于石墨烯双曲超材料的圆柱型槽波导结构，可用于太赫兹波段光子学、集成光子器件、双曲超材料人工微结构等技术领域。

背景技术

近年来，特别是在光子集成领域中，人们已经相继提出了许多波导结构将光场能量限制在平板槽型区域中，如硅基双曲槽波导、银锗双曲槽波导、红外石墨烯-介电双曲槽波导等，这些波导结构将一部分的功率流限制在了槽区域，并且还实现了槽内电场振幅的提高。而石墨烯双曲超材料在近红外到太赫兹波段的介电常数是小于0的，可以用来代替金属作为HMMs的组成材料。因为石墨烯材料的参数具有很高的可调性，可以通过改变化学势、温度或入射波长等改变其相对介电常数等光学量。另外数值模拟和解析模拟都表明了改变石墨烯的周期，占空比或化学势等均可以改变局域场的增幅和衰减。

光的偏振态是光的重要特性之一，由于其矢量特性使得其与物质之间发生复杂的相互作用，在这个基础上，人们做了各样的光学器件和光学系统。过去人们研究的光大部分其偏振态不会随着光束的空间位置而改变，但是随着近几年来的研究发现了一种矢量光束的偏振态会随着空间位置变化的空间非均匀偏振分布的矢量光束，并在此基础上发现了许多新的效应，并因此拓宽了光学器件和光学系统的功能。柱矢量光束是其中的一种特殊的矢量光束，其偏振态在光的传播方向的横截面上呈柱对称分布，按照柱矢量光束的电场在空间上的分布特点可以将其分为径向偏振光、旋向偏振光和一般柱矢量光束。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于石墨烯双曲超材料的圆柱型槽波导结构。

本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于石墨烯双曲超材料的圆柱型槽波导结构，该圆柱型槽波导结构包括一个十六周期同轴圆环以及一个圆环槽，圆柱型槽波导横截面的最内层为实心Ge圆柱，一层石墨烯和一层Ge圆环构成一个周期的圆环，由内向外是八个周期排列的石墨烯和Ge圆环组成的圆环，再然后是MgF圆环槽，最后是八个周期排列的石墨烯和Ge圆环组成的圆环。

优选地，所述实心Ge圆柱的半径为r，r＝20nm。

优选地，所述石墨烯的厚度为dg，石墨烯厚度dg＝1nm，所述Ge圆环的厚度为dd，Ge圆环厚度dd＝9nm。

优选地，该圆柱型槽波导结构的半径为200nm。

优选地，所述MgF圆环槽的槽宽为20nm。

优选地，在频率为30THz光入射下，MgF圆环槽的介电常数为1.9，Ge圆环的介电常数是16，石墨烯的切向介电常数为ε_g，t＝-368.6732-3.9689i，法向介电常数ε_g，n＝2.5。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：该石墨烯双曲超材料圆柱型槽结构波导，利用柱型槽结构波导结构代替原有的平面槽结构，当光垂直进入结构时，光场被很好的限制在圆环型槽区域的结构中，并且可以进行径向偏振光的传输，由于此结构的结构紧凑，尺寸小，集成度高，可用于高密度的集成光路，也可以应用于在生物化学传感器等领域，具有广阔的应用前景。