[实用新型]一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导

说明书

本实用新型公开了一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导，其特征是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层、InGaAsP半导体缓冲层、占空比为10：1的金属光栅的金属层，所述金属光栅的金属层由长度与厚度相同、宽度比为2比1的金属Ag和石墨烯紧密连接构成，其中金属Ag位于金属层的左半部、石墨烯位于金属层的右半部，所述金属光栅的光栅空气间隙填充有感温介质乙醇。这种波导能够通过控制环境温度改变SPP纳米激光器的谐振波长和阈值，或通过检测SPP纳米波导器件的谐振波长的变化量，从而获得环境温度的变化量，这种波导既有出射波长可调谐的能力，又具有对环境温度变化高灵敏的检测能力。

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，具体是一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导。

背景技术

表面等离子体激元(Surface plasmon polariton,简称SPP)是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迁移的表面电荷之间电磁模，可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的限制，正因为SPP这种独特的性质，使其在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用。浙江大学与瑞典皇家理工学院阿尔芬实验室课题组合作在“Novel surface plasmon waveguide for high integrations”一文提出的金属槽SPP波导，设计的波导结构能够实现亚波长量级的光场限制，损耗仅仅为4dB/um，然而尽管研究人员实现了将光场约束到几十纳米的量级，但设计的波导器件损耗依然很大，无法达到大规模应用的要求。《自然·光子学》在2018年刊载了“Broadband gate-tunable terahertz plasmons in graphene heterostructures”一文，南京大学与美国UCLA研究发现，在碳化硅波导上设计制备了双层石墨烯异质结构，对石墨烯表面等离子激元实现了全光控制，然而，目前石墨烯SPP的研究都局限于波导，对温度传感缺乏研究，满足不了实际应用的要求。《自然·通信》在2013年刊载了“Plasmonic gold mushroom arrayswith refractive index sensing figures of merit approaching the theoreticallimit”一文，该研究团队提出的传感器具灵敏度可达1050nmRIU-1，然而尽管研究人员实现了高灵敏度，但该结构尺寸大，不易集成，无法实现光电集成、全光回路。

目前对于SPP波导或等离子体传感器的研究大都集中在其一，对于结合SPP波导实现小尺寸传感器报道甚少。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导。这种波导能够通过控制环境温度改变SPP纳米激光器的谐振波长和阈值，或通过检测SPP纳米波导器件的谐振波长的变化量，从而获得环境温度的变化量，这种波导既有出射波长可调谐的能力，又具有对环境温度变化高灵敏的检测能力。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种具备温度传感的可调谐表面等离子波导，与现有技术不同的是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层、InGaAsP半导体缓冲层、占空比为10：1的金属光栅的金属层，所述金属光栅的金属层由长度与厚度相同、宽度比为2比1的金属Ag和石墨烯紧密连接构成，其中金属Ag位于金属层的左半部、石墨烯位于金属层的右半部，所述金属光栅的光栅空气间隙填充有感温介质乙醇，这种等离子波导结构会在单层石墨烯层边角处，形成高强度的LSPR效应，由于乙醇感知环境温度后，整个等离子波导的等效有效折射率发生变化，进而共振波长发生变化，通过检测共振峰变化实现温度的传感。

所述InGaAsP半导体为高折射率介质InGaAsP。

所述等离子波导通过改变石墨烯的费米能级与载流子浓度来实现具备温度传感的可调谐表面等离子波导作为出射波长可调谐的SPP纳米波导器件在亚波长尺度器件中的应用。