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专利号: 2021108200805
申请人: 厦门大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种石墨烯/光波导结合的微型光谱器件,其特征在于,包括基板、光栅耦合器、光波导、石墨烯吸收层、调谐电极和信号控制处理单元,所述光栅耦合器与所述光波导的首尾两端连接,多个所述石墨烯吸收层设置在所述基板上方并沿所述光波导的波导路径方向间隔排列,所述光波导设置在所述石墨烯吸收层的上下两侧形成夹心结构,并将多个所述石墨烯吸收层串接,所述光波导与所述石墨烯吸收层之间设有隔离层,所述调谐电极设置在所述石墨烯吸收层上方并与信号控制处理单元连接,所述调谐电极包括源极、栅极和漏极,所述信号控制处理单元包括电压控制模块和信号处理模块,所述栅极和所述源极分别与所述电压控制模块连接,所述漏极与所述信号处理模块连接。

2.根据权利要求1所述的石墨烯/光波导结合的微型光谱器件,其特征在于,所述光波导包括位于所述石墨烯吸收层上方的第一光波导和位于所述石墨烯吸收层下方的第二光波导,所述第二光波导嵌入在所述基板内部。

3.根据权利要求2所述的石墨烯/光波导结合的微型光谱器件,其特征在于,所述隔离层包括第一隔离层和第二隔离层,所述第一隔离层设于所述第一光波导与所述石墨烯吸收层中间,所述第二隔离层设于所述第二光波导与所述石墨烯吸收层中间。

4.根据权利要求2所述的石墨烯/光波导结合的微型光谱器件,其特征在于,所述源极、栅极、漏极和所述第一光波导在所述石墨烯吸收层上方间隔排列,其中所述源极和漏极设于所述光波导的两侧,所述栅极设于所述光波导和所述源极之间。

5.根据权利要求4所述的石墨烯/光波导结合的微型光谱器件,其特征在于,所述栅极与所述石墨烯吸收层中间设有介质层。

6.根据权利要求5所述的石墨烯/光波导结合的微型光谱器件,其特征在于,所述光栅耦合器和所述光波导的材料包括SOI,所述隔离层的材料包括hBN或氧化铝,所述介质层的材料包括氧化铝。

7.一种基于权利要求1‑6中任一项所述的石墨烯/光波导结合的微型光谱器件的光谱分析方法,其特征在于,包括以下步骤:将已知光谱信号输入光栅耦合器,在预设不同电学条件下采集在所述已知光谱信号下与每个所述石墨烯吸收层连接的所述调谐电极中漏极产生的第一输出电流;

根据所述第一输出电流和已知光谱信号计算出所述微型光谱器件的光响应基准函数;

输入待测光谱信号,在相同配置电学条件下采集与每个所述石墨烯吸收层连接的所述调谐电极中漏极产生的第二输出电流,结合所述光响应基准函数计算出在目标波长范围内的所述待测光谱信号。

8.根据权利要求7所述的石墨烯/光波导结合的微型光谱器件的光谱分析方法,其特征在于,所述电学条件为:设定与每个所述石墨烯吸收层连接的所述调谐电极中栅极与源极之间的第一电压,再设定与每个所述石墨烯吸收层连接的所述调谐电极中源极与漏极之间的第二电压,在不同的所述第二电压下重复改变所述第一电压。

9.根据权利要求8所述的石墨烯/光波导结合的微型光谱器件的光谱分析方法,其特征在于,所述光响应基准函数与输出电流之间的关系如下:;

其中,λ1和λ2为入射光谱波长范围,Ri(λ)为光响应基准函数,F(λ)为光谱信号,为在所述电学条件下n个所述石墨烯吸收层各自测得的输出电流。