一种基于石墨烯对的光子晶体

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种基于石墨烯对的光子晶体。

背景技术

把材料的折射率或空间结构随位置呈周期性变化的光栅叫布拉格光栅。布拉格光栅常被应用于光滤波器、光纤激光器和光反射器等。还可将两个完全相同的布拉格光栅置于一段光纤的两端，形成分布反馈布拉格光纤光栅，该结构被广泛应用于波长选择器。

在光敏玻璃上覆盖掩模，掩模是在空间上呈周期性分布的透光光栅。通过紫外光照射覆盖掩模的光敏玻璃，致使光敏玻璃的折射率发生永久性改变，继而光栅的折射率随空间呈周期性分布，即形成布拉格光栅。也可通过相干法形成紫外光条纹直接照射光敏玻璃，从而形成布拉格光栅。这类光栅一般叫光纤布拉格光栅。

将两种不同折射率材料沿横坐标交替排列，在空间上形成周期性结构，这就是一般性的布拉格光栅，也被称为周期性光子晶体。光子晶体具有类似半导体中的电子能带结构，这里叫光子能带。同样地，在两个光子能带之间，存在光子带隙。位于光子带隙内波长的光波不能通过光子晶体，光会被全部反射回来。所以光子带隙是光的阻带，可被用于光子滤波器。但是，这种光子带阻滤波器一旦形成以后，其阻带宽度和阻带中心频率等参数就基本固定，不能随着应用场景灵活地调控。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种基于石墨烯对的光子晶体，本发明所要解决的技术问题是使光子晶体具有光子带阻滤波功能。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于石墨烯对的光子晶体，其特征在于，所述光子晶体由相间分布的若干石墨烯对和若干位于相邻石墨烯对之间的第一电介质层，所述石墨烯对包括两个相互平行的单层石墨烯和位于两个单层石墨烯之间的第二电介质层；所述第一电介质层的厚度远大于第二电介质层的厚度。

进一步的，所述第一电介质层和第二电介质层均可为硅或二氧化硅。

进一步的，所述光子晶体的两个表层均为石墨烯对。

进一步的，所述第一电介质层的厚度与第二电介质层的厚度比为200～2000。

将两个单层石墨烯平行的叠放形成石墨烯对，再将石墨烯对在空间中沿横向进行周期性排列，从而形成基于石墨对的光子晶体。在此光子晶体的波矢空间中，存在光子带隙结构。当入射光的波长位于光子带隙内时，光会被全部反射回来，无法通过此光子晶体；而其它波长光波可以全部或部分透过。该光子晶体可被应用于光带阻滤波器。相对于单层石墨烯构成的光子晶体，光波在石墨烯对所构成的光子晶体中的共振性更强，即对光的反射更强，从而使得光子带隙的下降沿和上升沿变得更陡峭，在带隙边沿处的消光效果更好。

在基于石墨烯对的光子晶体中，光子阻带的宽度可以通过改变石墨烯的化学势来灵活调控。相对于单层石墨烯构成的光子晶体，由石墨烯对构成的光子晶体中的光子带隙的调控能力被进一步增强，这是因为石墨烯的层数增加了一倍。另外，相邻光子带隙之间的间距和阻带的中心波长可以通过调控石墨烯对的空间周期来改变。

附图说明

图1是本光子晶体的结构示意图。

图2中的(a)表是基于石墨烯对的光子晶体的透射谱；图2中的(b)表是基于石墨烯对的光子晶体的反射谱。

图3是中的(a)表是不同化学势对应的第一光子带隙；图3中的(b)表是是不同化学势对应的第一光子带隙宽度；图3中的(c)表是不同化学势对应的第二光子带隙；图3中的(d)表是不同化学势对应的第二光子带隙宽度。

图4中的(a)表为第二电介质层厚度为15μm对应的透射谱；图4中的(b)表为第二电介质层厚度为20μm对应的透射谱。

图中，G、单层石墨烯；B、第一电介质层；C、第二电介质层。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

将两片单层石墨烯平行放置，形成石墨烯对。单层石墨烯之间的间隔为d

此光子晶体也可以表示成(AB)

当光波入射到由石墨烯对构成的光子晶体上时，改变入射光频率，图2(a,b)分别给出的是光的透射谱和反射谱。其中纵坐标T表示透射率，R表示反射率，横坐标f表示光的频率，横坐标单位THz表示太赫兹。石墨烯的化学势为μ＝0.3eV，驰豫时间τ＝0.5ps，石墨烯对的空间周期d

改变石墨烯的化学势，保持其它参数不变，图3(a)给出的是光子晶体的第一带隙。可以看到，随着石墨烯化学势增大，光子第一带隙的宽度增大。图3(b)给出的是第一带隙宽度(Gapwidth)随石墨烯化学势的变化关系。当化学势增大时，带隙下沿(Lower Bound)基本保持不变，而带隙上沿(Upper Bound)不断增大，则带隙宽度增加。图3(c)给出的是光子晶体的第二带隙。可以看到，随着石墨烯化学势增大，光子第二带隙的宽度也增大。图3(d)给出的是第二带隙宽度随石墨烯化学势的变化关系。当化学势增大时，带隙下沿基本保持不变，而带隙上沿也不断增大，则第二带隙宽度也增加。相比于第一带隙，第二带隙的宽度更窄。光子带隙的宽度是石墨烯的化学势的函数，因此，当将此器件应用于光子带阻滤波器时，阻带的宽度可以通过石墨烯的化学势来调控。

保持石墨烯的化学势为μ＝0.3eV，改变石墨烯对的空间周期。保持其它参数不变，图4(a)给出的是d

总之，基于石墨烯对的光子晶体中的光子带隙可用于光子带阻滤波器，滤波器的阻带宽度、阻带的中心频率和相邻阻带的间距可以通过石墨烯的化学势和石墨烯对的空间周期来灵活调控。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。