[发明专利]石墨烯异质结线栅偏振器

说明书

本发明涉及一种石墨烯异质结线栅偏振器，包括基底和设于所述基底上的石墨烯异质结线栅，所述石墨烯异质结线栅包括多个间隔且相互平行的线栅单元；每个线栅单元是由第一石墨烯薄膜、介电薄膜和第二石墨烯薄膜组成的异质结，其中所述第一石墨烯薄膜设于所述基底表面上，所述第二石墨烯薄膜设于第一石墨烯薄膜上，所述介电薄膜夹在所述第一石墨烯薄膜与第二石墨烯薄膜之间。本发明的所述石墨烯异质结线栅偏振器工作在可见光到近中红外波段工作波段宽，并且出射的偏振光的偏振态可调。

技术领域

本发明涉及光学器件，特别是涉及一种石墨烯异质结线栅偏振器。

背景技术

光学线偏振器是一种重要的光学器件，可以将通过器件的光束转换成偏振光。圆偏或者自然光的平行于金属线振动的光电场分量会激发金属的自由电子沿着金属线方向振荡，导致平行于金属线的光分量被共振吸收和反射。反之，垂直于金属线方向的光电场因为不会共振激发金属的电子，所以大部分会直接透射。这样，入射光照射在金属线栅偏振器上会反射平行于金属线的线偏振光，并且透射垂直于金属线的线偏振光。

目前报道的光学线栅偏振器的工作波段集中在红外到太赫兹波段，工作波段窄，损耗率大，且出射的偏振光不可调。

发明内容

基于此，本发明设计了一种石墨烯异质结线栅偏振器，该偏振器工作在可见光到近中红外波段，工作波段宽，并且出射的偏振光的偏振态可调。

本发明采取的技术方案如下：

一种石墨烯异质结线栅偏振器，包括基底和设于所述基底上的石墨烯异质结线栅，所述石墨烯异质结线栅包括多个间隔且相互平行的线栅单元；每个线栅单元是由第一石墨烯薄膜、介电薄膜和第二石墨烯薄膜组成的异质结，其中所述第一石墨烯薄膜设于所述基底表面上，所述第二石墨烯薄膜设于第一石墨烯薄膜上，所述介电薄膜夹在所述第一石墨烯薄膜与第二石墨烯薄膜之间。

在一些优选实施例中，所述第一石墨烯薄膜和第二石墨烯薄膜各自的厚度为1-20000层。

在一些优选实施例中，所述介电薄膜为六方氮化硼、二氧化硅或氧化铪。

在一些优选实施例中，所述石墨烯异质结线栅的线栅周期为1nm-10μm，每个线栅单元的宽度为0.0005μm-10μm。

在一些优选实施例中，所述石墨烯异质结线栅偏振器的工作波长范围为400nm-10μm。

在一些优选实施例中，至少一个线栅单元中的第一石墨烯薄膜和第二石墨烯薄膜之间设有一可调电压。

在一些优选实施例中，两个或以上的线栅单元中的第一石墨烯薄膜相互电性连接且第二石墨烯薄膜相互电性连接，所述两个或以上的线栅单元中的第一石墨烯薄膜与第二石墨烯薄膜之间设有一可调电压。

在一些优选实施例中，所有线栅单元中的第一石墨烯薄膜相互电性连接且第二石墨烯薄膜相互电性连接，所有线栅单元中的第一石墨烯薄膜与第二石墨烯薄膜之间设有一可调电压。

在一些优选实施例中，所述可调电压的大小在-1000V至+1000V范围内。

本发明的工作原理及有益效果如下：

本发明设计的光学线栅偏振器利用石墨烯异质结形成的线栅结构，石墨烯在可见光和红外光波段透射率约高达97.7％，在很宽的光谱范围仍然具有恒定的吸光率(≈2.3％)，有利于扩展偏振器的工作波段范围，此外，石墨烯的光学吸收是可以控制的，通过改变石墨烯的费米能级，能够可控地改变石墨烯的光学跃迁，实现对出射的偏振光的调节。

本发明采用的石墨烯异质结为石墨烯-绝缘电介质-石墨烯，此结构类似于电容，当对石墨烯异质结施加电压时，在石墨烯中会有电荷掺杂，从而改变石墨烯的费米能级，进而实现可控地改变石墨烯的透光率。