[发明专利]一种基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹功能器件领域，具体涉及一种基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器。

背景技术

太赫兹(THz)波是位于微波和远红外之间的电磁波，对应的波长范围为30-3000μm。近年来，随着超快激光技术的快速发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，使得太赫兹技术在信息科学、生物医学、物理学、化学、天文学、光谱与成像技术等领域有了广泛的应用，成为未来科学技术发展重要方向之一，对国民经济以及国防建设具有重大意义。

太赫兹调制器是一种重要的太赫兹功能器件，其应用领域包括太赫兹通信和操控太赫兹波的传播。现有的太赫兹调制器，主要包括以下两类：

一类是只由石墨烯薄膜或者石墨烯结构构成。由于石墨烯的零带隙特性和狄拉克锥形能带结构表现出线性的色散关系，使其具有独特的光学、电学性能以及极高的载流子迁移率和弹道输运特性，是实现高速调制器的理想材料。在太赫兹波段，石墨烯的载流子响应与电导都由带内跃迁决定，通过改变栅压调节载流子浓度，引起石墨烯电导率的改变，从而实现快速调制。但是，石墨烯是由单层原子构成，该类调制器的调制能力受单层石墨烯的厚度，对电磁波的作用能力有限，导致其调制深度不高。

另一类是采用金属亚波长结构并结合可控二极管电容、电感来实现。由亚波长结构组成的超材料是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能，比如其共振特性可将电磁波局域在结构内部，利用很薄的结构即可大幅增强电磁波与结构的作用强度。该类调制器的调制深度大，效果显著，但是调制速度受限于二极管自身的调制速度。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，能够实现快速调制的同时也能达到较大的调制深度。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供一种基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，和电源连接，用于对太赫兹波进行调制，其特征在于，包括由下而上依次设置的下绝缘介质层、石墨烯薄膜层、上绝缘介质层以及光栅层，其中，光栅层为具有亚波长周期的光栅，用于对太赫兹波进行耦合，石墨烯薄膜层为单层石墨烯，用于对太赫兹波进行吸收，石墨烯薄膜层上设置有至少一个电极，电极和光栅分别与电源导电连接。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：还包括：反射层，用于反射透过石墨烯薄膜层的太赫兹波，其中，反射层设置在下绝缘介质层的底部。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：还包括：衬底层，用于承载反射层，其中，反射层设置在衬底层的顶部。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：其中，反射层为由金、银以及铜中任一种材料制成的镀层，金属反射层的厚度为200～500nm。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：其中，光栅包括多个平行等间隔设置的光栅条以及两个平行设置的导电杆，两个导电杆分别设置在光栅条的两端并导电连接，导电杆与电源导电连接。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：其中，光栅为由金、银以及铝中任一种材料制成的光栅。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：其中，相邻光栅条之间的距离为20～70μm，相邻光栅条之间的间距为10～35μm。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：其中，下绝缘介质层为由二氧化铪、氧化铝以及苯并环丁烯BCB中任一种材料制成的绝缘介质层，下绝缘介质层的厚度为1～25μm。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：其中，上绝缘介质层均为由二氧化铪、氧化铝以及苯并环丁烯BCB中任一种材料制成的绝缘介质层，上绝缘介质层的厚度均为1～25μm。

本发明提供的基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器，还可以具有这样的特征：其中，电极的数量为两个，两个电极对称设置在上绝缘介质层的两侧。

发明作用与效果