[发明专利]一种表面等离激元光调制器和光电器件

说明书

本申请提供一种表面等离激元光调制器和光电器件，涉及光电技术领域，包括：衬底；设置于衬底上的石墨烯薄膜层；设置于石墨烯薄膜层上的黑磷薄膜层，石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成范德华异质结。由此，能够通过表面等离激元光调制器中的石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成的范德华异质结，结合栅压的调控，使得石墨烯的电导率的虚部调整到正数，从而在石墨烯薄膜层和黑磷薄膜层之间的界面激发表面等离激元现象，便可以通过改变黑磷的入射光偏振方向，从而改变整个石墨烯薄膜层和黑磷薄膜层形成的异质结构的色散关系，进而实现光强度的调节。

技术领域

本申请涉及光电技术领域，具体而言，涉及一种表面等离激元光调制器和光电器件。

背景技术

信息社会中，数据通信和因特网的日益发展促使市场对传输速率和通信容量需求不断增加，从而对光传输网络的需求量也迅速增长，在大容量光传输系统中，对光信号的高速调制必不可少。光调制器是高速、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。

自英国曼彻斯特大学物理学奖海姆和诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，石墨烯因其奇特的结构和优异的性能，吸引了人们巨大的热情。石墨烯是零带隙的半导体材料，其通过简单的栅压调控，就可以使费米能级产生很大的移动。而费米能级的改变将产生电导率的变化。通过这个性质，可以利用光与石墨烯之间发生耦合作用，设计出具有很高的调制效率及低半波电压的电光调制器。

随着高速通信和芯片集成技术的不断发展，对器件的小型化和低能耗性提出了更高的要求。表面等离激元的出现为这些问题提供了一种新的解决办法。而石墨烯则可以支持表面等离激元的传输，并且具有较强的能量束缚能力和较小的传输损耗，这可以弥补传统金属在这些频率范围的空白。因此将石墨烯波导结构和表面等离激元相结合设计光调制器的研究和应用可以进一步降低尺寸和功耗，同时提高调制效率。

但是由于石墨烯的面内各向同性特征，因此无法实现偏振光角度相关的可调表面等离激元器件。此外，由于石墨烯的能带范围限制，现有基于石墨烯的表面等离激元器件往往仅能工作在太赫兹和近红外波段。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种表面等离激元光调制器和光电器件，以解决现有石墨烯表面等离激元器件无法实现偏振光角度相关可调和工作波长受限的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种表面等离激元光调制器，包括：衬底；设置于衬底上的石墨烯薄膜层；设置于石墨烯薄膜层上的黑磷薄膜层，石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成范德华异质结。

可选的，在石墨烯薄膜层中设置有掺杂离子，用于调节石墨烯薄膜层的电导率。

可选的，还包括设置于石墨烯薄膜层的顶电极和设置于衬底背面的底电极。

可选的，在衬底和石墨烯薄膜层之间还设置有绝缘层。

可选的，衬底的厚度为50nm至100nm。

可选的，衬底为硅衬底、碳化硅衬底和氮化镓衬底中的一种。

本申请实施例的另一方面，提供一种光电器件，包括上述任一种的表面等离激元光调制器。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种表面等离激元光调制器和光电器件，包括：衬底；设置于衬底上的石墨烯薄膜层；设置于石墨烯薄膜层上的黑磷薄膜层，石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成范德华异质结。由此，能够通过表面等离激元光调制器中的石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成的范德华异质结，结合栅压的调控，使得石墨烯电导率的虚部调整到正数，从而在石墨烯薄膜层和黑磷薄膜层之间的界面激发表面等离激元现象，便可以通过改变黑磷的入射光偏振方向，从而改变整个石墨烯薄膜层和黑磷薄膜层形成的异质结构的色散关系，进而实现光强度的调节。

附图说明