[发明专利]一种基于石墨烯偏振态可调的圆柱形混合等离激元波导

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯偏振态可调的圆柱形混合等离激元波导，其特征在于，包括：置于等离激元波导中心的硅波导芯、包裹在所述硅波导芯外层的二氧化硅波导夹层以及包裹在二氧化硅波导夹层外层的石墨烯波导包层。本发明公开了一种基于石墨烯偏振态可调的圆柱形混合等离激元波导的使用方法，包括：调节预设的电导率模型中的参数，改变电导率虚部的正负，调控石墨烯波导包层的偏振态为TM偏振态或TE偏振态；实现柱矢量光的选择性传输；其中柱矢量光的包括径向偏振光和旋向偏振光。本发明能够实现柱矢量光的径向偏振光和旋向偏振光的限制性传输。

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯偏振态可调的圆柱形混合等离激元波导，属于精细光场调控技术领域。

背景技术

随着光子集成领域的不断发展，人们已经提出多种波导结构以实现对光场能量的限制性传输，如平板混合等离激元波导、脊形混合等离激元波导、圆柱形混合等离激元波导等结构，这些波导都将光场进行了一定的限制。

柱矢量光束是一种偏振态在横截面呈柱对称分布的矢量光束，与传统的线偏振光、圆偏振光等标量光束不同，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。正是这种独特的偏振态分布特点，使常规的平板混合等离激元波导、脊形混合等离激元波导在光场限制中具有局限性。常规波导结构不具有柱对称性，不能很好的激发基于柱矢量光束的偏振态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于石墨烯偏振态可调的圆柱形混合等离激元波导，能够实现径向偏振光和旋向偏振光的限制性传输。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种基于石墨烯偏振态可调的圆柱形混合等离激元波导，包括：置于等离激元波导中心的硅波导芯、包裹在所述硅波导芯外层的二氧化硅波导夹层以及包裹在二氧化硅波导夹层外层的石墨烯波导包层。

结合第一方面，进一步地，所述硅波导芯的剖面为半径r₁＝50～260nm的圆形。

结合第一方面，进一步地，所述二氧化硅波导夹层的剖面为厚度t＝10～40nm的圆环形。

结合第一方面，进一步地，所述石墨烯波导包层的剖面为厚度d＝0.5nm的圆环形。

第二方面，本发明还提供了一种基于石墨烯偏振态可调的圆柱形混合等离激元波导的使用方法，包括，

调节预设的电导率模型中的参数，改变电导率虚部的正负，调控石墨烯波导包层的偏振态为TM偏振态或TE偏振态；

柱矢量光选择性传输；其中柱矢量光的包括径向偏振光和旋向偏振光。结合第二方面，优选地，柱矢量光的波长为1550nm。

结合第二方面，优选地，在波长为1550nm的柱矢量光入射下，硅的介电常数为ε_Si＝11.937，二氧化硅的介电常数为

结合第二方面，进一步地，所述预设的电导率模型为石墨烯的电导率模型，用Kubo公式表示：

公式(1)中，e为单位电荷，ξ为电子能量，为约化普朗克常数，表示费米狄拉克分布，ω为角频率，K_B为玻尔兹曼常数，T为温度，μ_c为化学势，τ为弛豫时间，i表示虚部单位。

结合第二方面，进一步地，调节预设的电导率模型中的参数包括，调节角频率ω、温度T、化学势μ_c和弛豫时间τ。

结合第二方面，优选地，角频率ω为定值，根据光速和柱矢量光的波长计算得到。

结合第二方面，优选地，温度T为定值，T＝300K。

结合第二方面，优选地，弛豫时间τ的取值范围为0.5～0.6ps。