本實(shí)用新型涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于硫化鎘納米線與石墨烯納米帶的SPP傳播裝置。

背景技術(shù)：

表面等離子體激元(Surface plasmon polaritons,簡(jiǎn)稱SPP)是通過改變金屬表面的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的一種光波與可遷移的表面電荷之間電磁模，可以支持金屬與介質(zhì)界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻娴入x子波，從而傳輸光能量，且不受衍射極限的限制?；赟PP原理制成的波導(dǎo)是微納光學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象之一。然而，研究表面等離子體波導(dǎo)的特性時(shí)，不可避免的一個(gè)挑戰(zhàn)是傳輸損耗或傳輸距離問題。對(duì)于一些類型的表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在光場(chǎng)限制能力與傳輸損耗之間存在一種矛盾關(guān)系，嚴(yán)重影響了波導(dǎo)的性能。近幾年，研究人員從納米線角度克服矛盾提出了許多不同結(jié)構(gòu)的混合SPP波導(dǎo)?！禢ature Photonics 》在2008年2卷第8期496-500頁(yè)上登載了Oulton 團(tuán)隊(duì)研制的spp器件，他們采用平板層上鍍一層低折射率介質(zhì)薄膜，放置一個(gè)高折射率介質(zhì)納米線，結(jié)果達(dá)到了超強(qiáng)納米級(jí)光場(chǎng)約束和低損耗傳輸，并在實(shí)驗(yàn)上利用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了亞波長(zhǎng)尺寸的SPP激光器。正因?yàn)镾PP與納米線結(jié)合的獨(dú)特性質(zhì)，使其在納米量級(jí)操縱光能量發(fā)揮著重要的作用。石墨烯能夠傳播spp特性已經(jīng)被一個(gè)無限長(zhǎng)的由量子點(diǎn)包裹的石墨烯納米帶理論證明。

奧地利維也納技術(shù)大學(xué)的Thomas Mueller團(tuán)隊(duì)在2013年的《Nature Photonics 》的7卷第11期發(fā)表制作了一種帶寬范圍達(dá)到1310-1650nm的運(yùn)行頻率數(shù)億Hz石墨烯光檢測(cè)器，其囊括了目前光纖通訊系統(tǒng)用到的所有帶寬范圍，響應(yīng)速度比現(xiàn)有光檢測(cè)器快8倍以上。上述研究成果展現(xiàn)了石墨烯在光電子器件方面的令人興奮的潛力。石墨烯的獨(dú)特光電屬性以及現(xiàn)有集成電路制造技術(shù)的可利用性使得石墨烯有可能很快取代鍺元素和復(fù)合半導(dǎo)體在高性能器件中的位置。然而目前石墨烯目前還處于研發(fā)階段，各國(guó)對(duì)于這個(gè)新興材料和相應(yīng)器件還處于一個(gè)專利布局期。

目前對(duì)于硫化鎘納米線與石墨烯納米帶共同作用的SPP傳播裝置報(bào)道非常少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于硫化鎘納米線與石墨烯納米帶的SPP傳播裝置。這種裝置易于與多種納米光子、電子器件相集成，在光傳感、光通信等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，這種裝置能夠?yàn)樾乱淮{米激光器的發(fā)展提供原型器件。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是：

一種基于硫化鎘納米線與石墨烯納米帶的SPP傳播裝置，包括順序疊接的底層石墨烯層、砷化鎵層、包層和頂層石墨烯層，所述的包層設(shè)有空氣間隙，空氣間隙的一側(cè)設(shè)有石墨烯納米帶,另一側(cè)對(duì)稱的設(shè)有硫化鎘納米線。

所述包層為低折射率的氟化鎂層，可以起到降低損耗的作用。

所述硫化鎘納米線為高折射率硫化鎘納米線。

所述石墨烯納米帶、硫化鎘納米線具有較低的增益閾值，對(duì)于空氣間隙寬度較大時(shí)，其增益閾值能降得非常低，更益于低閾值的納米激光器。

所述空氣間隙的作用是為了實(shí)現(xiàn)更低的傳輸損耗，能夠產(chǎn)生電容增強(qiáng)效應(yīng)，將光主要限制在空氣間隙處，從而實(shí)現(xiàn)高度局域化增強(qiáng)效應(yīng)和能量約束。

所訴的硫化鎘納米線，采用室溫固相反應(yīng)法制備。

所述的底層石墨烯層和頂層石墨烯層通過等離子體刻蝕工藝制作，可以通過改變石墨烯的厚度調(diào)節(jié)SPP的共振頻率。

入射光從氟化鎂層的側(cè)面以大于石墨烯與介質(zhì)全反射的角度衍射到波導(dǎo)，于是底層石墨烯層和頂層石墨烯層別與相接界面實(shí)現(xiàn)SPP傳播，當(dāng)入射光進(jìn)一步衍射到石墨烯納米帶和硫化鎘納米線區(qū)域，就會(huì)實(shí)現(xiàn)SPP模式與納米線模式之間重疊并發(fā)生耦合，使空氣間隙處的電場(chǎng)得到極大增強(qiáng)，又因?yàn)樯榛壈雽?dǎo)體材料的增益補(bǔ)償，會(huì)在空氣間隙區(qū)域?qū)崿F(xiàn)非常強(qiáng)的光子局域化現(xiàn)象。

這種裝置采用光激發(fā)SPP，通過雙納米線的耦合作用、空氣間隙電容增強(qiáng)效應(yīng)、低折射率緩沖層降低損耗和砷化鎵半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)增益補(bǔ)償，能夠?qū)崿F(xiàn)非常強(qiáng)的光子局域化現(xiàn)象，且容易實(shí)現(xiàn)低閾值的納米激光器，采用的半導(dǎo)體材料能夠與多種納米光子、電子器件兼容。

這種裝置易于與多種納米光子、電子器件相集成，在光傳感、光通信等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，這種裝置能夠?yàn)樾乱淮{米激光器的發(fā)展提供原型器件。

附圖說明

圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.底層石墨烯層 2.砷化鎵層 3.包層 4.頂層石墨烯層 5. 石墨烯納米帶 6. 空氣間隙 7. 硫化鎘納米線 8. 入射光。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容作進(jìn)一步闡述，但不是對(duì)本實(shí)用新型限定。

實(shí)施例：

參照?qǐng)D1，一種基于硫化鎘納米線與石墨烯納米帶的SPP傳播裝置，包括順序疊接的底層石墨烯層1、砷化鎵層2、包層3和頂層石墨烯層4，所述的包層3設(shè)有空氣間隙6，空氣間隙6的一側(cè)設(shè)有石墨烯納米帶5,另一側(cè)對(duì)稱的設(shè)有硫化鎘納米線7。

所述包層3為低折射率的氟化鎂層，可以起到降低損耗的作用。

所述硫化鎘納米線7為高折射率硫化鎘納米線。

所述石墨烯納米帶5、硫化鎘納米線7具有較低的增益閾值，對(duì)于空氣間隙6寬度較大時(shí)，其增益閾值能降得非常低，更益于低閾值的納米激光器。

所述空氣間隙6的作用是為了實(shí)現(xiàn)更低的傳輸損耗，能夠產(chǎn)生電容增強(qiáng)效應(yīng)，將光主要限制在空氣間隙處，從而實(shí)現(xiàn)高度局域化增強(qiáng)效應(yīng)和能量約束。

所訴的硫化鎘納米線7，采用室溫固相反應(yīng)法制備。

所述的底層石墨烯層1和頂層石墨烯層4通過等離子體刻蝕工藝制作，可以通過改變石墨烯的厚度調(diào)節(jié)SPP的共振頻率。、

入射光8從氟化鎂層的側(cè)面以大于石墨烯與介質(zhì)全反射的角度衍射到波導(dǎo)，于是底層石墨烯層1和頂層石墨烯層4別與相接界面實(shí)現(xiàn)SPP傳播，當(dāng)入射光8進(jìn)一步衍射到石墨烯納米帶5和硫化鎘納米線7區(qū)域，就會(huì)實(shí)現(xiàn)SPP模式與納米線模式之間重疊并發(fā)生耦合，使空氣間隙6處的電場(chǎng)得到極大增強(qiáng)，又因?yàn)樯榛壈雽?dǎo)體材料的增益補(bǔ)償，會(huì)在空氣間隙6區(qū)域?qū)崿F(xiàn)非常強(qiáng)的光子局域化現(xiàn)象。