專利名稱：基于石墨烯的y形彎曲波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于石墨烯的Y形彎曲波導(dǎo)，尤其是此基于石墨烯的Y形彎曲波導(dǎo)，可以在彎曲的表面上傳播表面等離子體極化波。
背景技術(shù)：
表面等離子體極化波，能突破衍射極限，為器件微形化和高度集成化，實(shí)現(xiàn)納米全光集成電路提供了可能?，F(xiàn)今技術(shù)中器件的制造，由于制造條件的限制，加工后的電路板表面可能會(huì)有ー些不平整，普通的基于金屬的表面等離子體極化波波導(dǎo)在遇到彎曲等不平的平面時(shí)，由曲率導(dǎo)致的輻射損耗會(huì)產(chǎn)生，由于金屬上支持的表面等離子體極化波的折射率比較小，局域性相對(duì)較弱，在散射損失了一部分動(dòng)量后，此時(shí)的折射率很可能小于空氣中的折射率，這時(shí)已經(jīng)不能支持表面等離子體極化波的傳輸了，而金屬要用在彎曲波導(dǎo)器件中，大多是通過在金屬上設(shè)計(jì)光學(xué)變換結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，光學(xué)變換的結(jié)構(gòu)如圖I所示。其制作復(fù)雜，加工困難。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供一種能夠消除不平整對(duì)傳輸影響且能降低加工難度的基于石墨烯的Y形彎曲波導(dǎo)。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于石墨烯的Y形彎曲波導(dǎo)，包括硅襯底，在硅襯底上設(shè)有ニ氧化硅襯底，在ニ氧化硅襯底上鋪有石墨烯層，所述石墨烯層由Y形石墨烯內(nèi)區(qū)域和Y形石墨烯外區(qū)域組成，并且，Y形石墨烯內(nèi)區(qū)域的化學(xué)勢為O. 8eV, Y形石墨烯外區(qū)域的化學(xué)勢為O. 4eV。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明使用石墨烯來設(shè)計(jì)Y形彎曲波導(dǎo)，現(xiàn)有技術(shù)中是使用金屬來設(shè)計(jì)彎曲波導(dǎo)，由于金屬上支持的表面等離子體極化波的折射率相對(duì)較小，局域性不是很好，一般都是通過在金屬上設(shè)計(jì)光學(xué)變換結(jié)構(gòu)，例如圖I中在金屬6的上面鋪設(shè)介電常數(shù)，厚度不同的介質(zhì)層7，8，9來實(shí)現(xiàn)，加工困難，不利于實(shí)際應(yīng)用。而石墨烯具有很強(qiáng)的柔韌性和穩(wěn)定性，其折射率可以通過化學(xué)摻雜的方式來調(diào)節(jié)，使得其上支持的表面等離子體極化波的局域性很強(qiáng)，不需要做任何光學(xué)變換結(jié)構(gòu)也能很好的引導(dǎo)表面等離子體極化波沿著彎曲的表面?zhèn)鞑?。此發(fā)明，加工簡便，易于實(shí)現(xiàn)，克服了加工過程中電路板的不平整對(duì)傳輸?shù)挠绊?，降低了加工的要求?br>

圖I是金屬表面等離子體極化波彎曲波導(dǎo)上的光學(xué)變換結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，6為金屬，
7,8，9分別為厚度，介電常數(shù)不同的介質(zhì)層。圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，包括疊合在一起的三層結(jié)構(gòu)，最下面的是硅基底，硅基底上鋪ニ氧化硅襯底，ニ氧化硅襯底上鋪石墨烯層。ニ氧化硅襯底上設(shè)有正弦形起伏表面，其中，此正弦曲線的半周期D為60nm，高度r為12nm。圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖，Y形波導(dǎo)的尺寸a為40nm，b為140nm，Ll為120nm，L2為lOOnm，L3為80nm，L4為30nm，Θ為22. 5°。區(qū)域4的石墨烯通過摻雜使得化學(xué)勢μ c為O. 4eV(不可以傳播表面等離子體極化波，對(duì)應(yīng)的載流子濃度為I. 2e13cm-2)，區(qū)域5的石墨烯通過摻雜使得化學(xué)勢μ。為O. SeV (可以傳播表面等離子體極化波，對(duì)應(yīng)的載流子濃度為 4. 7e13cm 2)。圖4是在溫度為300K，化學(xué)勢為O. 8eV時(shí)，石墨烯上支持的表面等離子體極化波的有效折射率的實(shí)部隨頻率的變化曲線。由此圖可以看出，石墨烯上支持的表面等離子體極化波的有效折射率的實(shí)部在一個(gè)很寬的頻帶內(nèi)都很大，即局域性很強(qiáng)。圖5是本發(fā)明的z方向磁場強(qiáng)度分布的仿真結(jié)果圖，頻率為160THz時(shí)，左端為入射端，右端為出射端，由圖可見，表面等離子體極化波在彎曲的Y形石墨烯表面上很好的從 左端傳到了右端，并由一束波分成了兩束。
具體實(shí)施例方式一種基于石墨烯的Y形彎曲波導(dǎo)，包括硅襯底3，在硅襯底3上設(shè)有ニ氧化硅襯底2,在_■氧化娃襯底2上Ilt有石墨稀層1，所述石墨稀層I由Y形石墨稀內(nèi)區(qū)域4和Y形石墨烯外區(qū)域5組成，并且，Y形石墨烯內(nèi)區(qū)域4的化學(xué)勢為O. SeV (對(duì)應(yīng)的載流子濃度為
4.7e13cnT2), Y形石墨烯外區(qū)域5的化學(xué)勢為O. 4eV (對(duì)應(yīng)的載流子濃度為I. 2e13cnT2)。石墨烯的化學(xué)勢可以通過化學(xué)摻雜的方式來實(shí)現(xiàn)，利用四氰代ニ甲基苯醌等分子吸附技術(shù)摻雜，可以使得石墨烯的載流子濃度達(dá)到Ie14CnT2。石墨烯的電導(dǎo)率可以由Kubo公式表不為(“Dyadic Green’s functions andguidea surface waves lor a suriace conductivity model of graphene,，，J. AppI.Phys. 103(6)，064302,2008)。
權(quán)利要求
1 一種基于石墨烯的Y形彎曲波導(dǎo)，包括硅襯底(3)，在硅襯底(3)上設(shè)有ニ氧化硅襯底(2),在_■氧化娃襯底(2)上Ilt有石墨稀層(I )，所述石墨稀層(I)由Y形石墨稀內(nèi)區(qū)域(4)和Y形石墨烯外區(qū)域(5)組成，并且，Y形石墨烯內(nèi)區(qū)域(4)的化學(xué)勢為O. SeV，Y形石墨烯外區(qū)域(5)的化學(xué)勢為O. 4eV。
全文摘要
一種基于石墨烯的Y形彎曲波導(dǎo)，包括硅襯底，在硅襯底上設(shè)有二氧化硅襯底，在二氧化硅襯底上鋪有石墨烯層，所述石墨烯層由Y形石墨烯內(nèi)區(qū)域和Y形石墨烯外區(qū)域組成，并且，Y形石墨烯內(nèi)區(qū)域的化學(xué)勢為0.8eV(對(duì)應(yīng)的載流子濃度為4.7e13cm-2)，Y形石墨烯外區(qū)域的化學(xué)勢為0.4eV(對(duì)應(yīng)的載流子濃度為1.2e13cm-2)。石墨烯的化學(xué)勢可以通過化學(xué)摻雜的方式來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)今技術(shù)中利用四氰代二甲基苯醌等分子吸附技術(shù)摻雜，可以使得石墨烯的載流子濃度達(dá)到1e14cm-2。
文檔編號(hào)G02B6/125GK102841405SQ201210288499
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者陸衛(wèi)兵, 許紅菊, 朱薇 申請(qǐng)人:東南大學(xué)