[发明专利]一种基于双周期石墨烯阵列的复合结构

说明书

本发明提供了一种基于双周期石墨烯阵列的复合结构，属于全光通信技术领域。包括若干个周期复合单元，每个复合单元包括第一电介质层、第二电介质层和单层石墨烯，复合单元的排列方式为：由复合结构的入射方向一侧至另一侧依次设置单层石墨烯、第一电介质层、单层石墨烯、第二电介质层；第一电介质层的厚度小于第二电介质层；出射方一侧为一层石墨烯。本发明具有共振态的共振性强等优点。

技术领域

本发明属于全光通信技术领域，涉及一种基于双周期石墨烯阵列的复合结构。

背景技术

全光开关是全光通信系统中的重要元件，可广泛应用于光逻辑器件和光存储器件。目前，对基于光学双稳态的全光开关的研究主要集中在如何利用新材料和新结构降低双稳态的上、下阈值和增大阈值间隔。当把双稳态用于全光开关时，双稳态的上、下阈值分别对应着全光开关的开通和关断阈值。

光学双稳态是一种基于材料折射率随局域光强变化的三阶非线性效应，一个输入光强可以对应着两个不同的共振态。

当光场足够强时，材料折射率正比于材料的三阶非线性系数和局域光场强度。因此，为增强材料的三阶非线性效应，一方面，可寻找具有较大三阶非线性系数的非线性材料，另一方面，可以构建新的结构来增强局域光场强度。

石墨烯具有可观的三阶非线性系数，而且其表面电导率可以通过化学势来灵活调节。可以利用石墨烯激发的表面等离子激元和缺陷光子晶体来增强石墨烯的非线性效应。另外，由单层石墨烯构成的周期性阵列，可被视为一维光子晶体。相邻两片石墨烯之间构成一个谐振腔，则整个阵列就构成了多谐振腔。

光在石墨烯阵列中传输，会形成驻波条件。满足驻波条件的光波就会形成共振。共振态的模场分布具有很强的局域性，因此该共振态可以被用来增强石墨烯的三阶非线性效应。

如何将石墨烯排列成双周期阵列，则两个不同的周期阵列会形成不同的驻波条件。当两个周期成倍数关系时，则共振性会得到增强。相对于单周期来说，双周期石墨烯阵列的共振性更强，电场局域性也更强，从而石墨烯的非线性效应也进一步得到提高。

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，提供一种基于双周期石墨烯阵列的复合结构，本发明所要解决的技术问题是如何增强石墨烯多层结构的共振态的共振性，从而进一步提高石墨烯是三阶非线性效应，实现低阈值的光学双稳态。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于双周期石墨烯阵列的复合结构，其特征在于，包括若干个周期复合单元，所述每个复合单元包括第一电介质层、第二电介质层和单层石墨烯，所述每个复合单元的排列方式为：由复合结构的入射方向一侧至另一侧依次设置单层石墨烯、第一电介质层、单层石墨烯、第二电介质层；所述第一电介质层的厚度小于第二电介质层；所述结构光的出射方一侧设置有一层石墨烯。

进一步的，所述第一电介质层和第二电介质层均为二氧化硅材质的透光材料制成。

进一步的，所述第二电介质层的厚度为第一电介质层的厚度的四倍。

将单层石墨烯嵌入到不同厚度的第一电介质层和第二电介质层之间，形成石墨烯的双周期阵列。相对于单周期阵列，石墨烯的双周期阵列中共振态的共振性更强，对光场具有更强局域性，以此来进一步提高石墨烯的三阶非线性效应，从而实现低阈值的光学双稳态，再将光学双稳态应用于全光开关、光逻辑器件和光存储器。

光学双稳态的上、下阈值与石墨烯的化学势、输入波的波长有关，石墨烯的化学势可以通过加在石墨烯上的外界门电压来调控，因此，基于双周期石墨烯阵列中光学双稳态的全光开关的开、关阈值和阈值间隔可以通过石墨烯的化学势和入射波的波长来灵活调节。

附图说明

图1是本复合结构的层状结构图。