[发明专利]一种可调谐太赫兹分束器

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹光电技术领域，具体涉及一种可调谐太赫兹分束器。

背景技术

在太赫兹波段，石墨烯类似于Drude模型材料并且显示出优越的电学和光学性能，这些光电性能可以通过改变石墨烯的化学势得到有效地控制。基于石墨烯的独特性能，在过去的十年中，关于石墨烯的很多可调谐太赫兹器如吸收器、偏振器、振幅和相位调制器、滤波器、天线以及隐身器已经得到了深入研究。这些器简单、高效、紧凑，在生物传感、通信、国防、光谱分析等领域展现出诱人的应用前景。

最近，石墨烯对红外和太赫兹波段光束的聚焦和波形调制引起了科学界的关注。例如文献一(A.Vakil,and N.Engheta,Fourier optics on graphene,Physical Review B 2012，85(7),075434.)和文献二(J.S.Li,Tunable focus graphene-based terahertz lens,Optics Communications 2016,359,268-271.)所公开的红外和太赫兹平面聚焦透镜模型，其特点是利用电压控制调节石墨烯电导率或是表面载流子浓度来实现对聚焦光束焦点位置的调控。这些可调谐器都是设计在石墨烯平面内对光束进行调制，在未来平面波导纳米集成光学中具有潜在应用。直到最近，基于石墨烯超表面的反射透镜模型对平面外的太赫兹光束进行聚焦调制才有所报道，而关于平面外的石墨烯可调谐太赫兹分束器的研究国内外尚未有记载。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可调谐太赫兹分束器。

实现本发明目的采用的技术方案为：一种可调谐太赫兹分束器，包括铜基底透射式光栅、氧化铝绝缘层、单层石墨烯片以及金属电极，其中，所述氧化铝绝缘层镀在铜基底透射式光栅出射面上，所述单层石墨烯片覆盖在氧化铝绝缘层上，所述金属电极镀在单层石墨烯片上；所述铜基底透射式光栅上设置有两条侧缝以及一条中心缝，所述中心缝位于铜基底透射式光栅中心，所述两条侧缝分别位于中心缝的两侧，且到中心缝的距离均为l，所述铜基底透射式光栅出射面上设置有凹槽，所述凹槽以周期Λ_g等间距均匀分布。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明所提出的一种平面外可调谐太赫兹分束器模型集成度高，工作方式简单，调制效率高，在太赫兹通信领域具有重要应用前景。

附图说明

图1是本发明一种可调谐太赫兹分束器结构示意图。

图2是太赫兹光束中心工作频率为3THZ时，本发明一种可调谐太赫兹分束器双光束调制实施效果图。其中图(a)表示没有石墨烯覆盖时的效果图，图(b)-(f)分别表示石墨烯化学势分别为0.1eV、0.3eV、0.5eV、0.7eV和0.9eV时的效果图。

图3是太赫兹光束中心工作频率为3THZ时，本发明一种可调谐太赫兹分束器三光束调制实施效果图。其中图(a)表示没有石墨烯覆盖时的效果图，图(b)-(f)分别表示石墨烯化学势分别为0.1eV、0.3eV、0.5eV、0.7eV和0.9eV时的效果图。

图4是太赫兹光束中心工作频率为2THZ时，本发明一种可调谐太赫兹分束器双光束和三光束调制实施效果图。其中图(a)和图(b)分别表示化学势为0.1eV和0.9eV的双光束调制实施效果图，图(c)和图(d)分别表示化学势为0.1eV和0.9eV的三光束调制实施效果图。

图5是太赫兹光束中心工作频率为4THZ时，本发明一种可调谐太赫兹分束器双光束和三光束调制实施效果图。其中图(a)和图(b)分别表示化学势为0.1eV和0.9eV的双光束调制实施效果图，图(c)和图(d)分别表示化学势为0.1eV和0.9eV的三光束调制实施效果图。

具体实施方式

本发明提出一种可调谐太赫兹分束器。

如图1所示，实现本发明目的的技术解决方案为：一种可调谐太赫兹分束器，包括铜基底透射式光栅1、氧化铝绝缘层2、单层石墨烯片3以及金属电极4，其中，氧化铝绝缘层2镀在铜基底透射式光栅1出射面上，单层石墨烯片3覆盖在氧化铝绝缘层2上，金属电极4镀在单层石墨烯片3上；铜基底透射式光栅1上设置有两条侧缝以及一条中心缝，中心缝位于铜基底透射式光栅1中心，两条侧缝分别位于中心缝的两侧，且到中心缝的距离均为l，铜基底透射式光栅1出射面上设置有凹槽，凹槽以周期Λ_g等间距均匀分布。通过在金属电极4以及铜基底透射式光栅1两端施加电压来调控单层石墨烯的化学势，从而实现对太赫兹波的调制。