CN107703695B - 一种基于石墨烯的群延时可调控制器 - Google Patents

一种基于石墨烯的群延时可调控制器 Download PDF

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Abstract

一种基于石墨烯的群延时可调控制器，涉及一种延时可调控制技术，为了解决现有的延时控制器的可调范围小的问题。本发明石墨烯层包括多个石墨烯单元；两个竖直石墨烯纳米带平行设置；一号水平石墨烯纳米带连接在一号竖直石墨烯纳米带上；二号水平石墨烯纳米带连接在二号竖直石墨烯纳米带上，同一列石墨烯单元的两个竖直石墨烯纳米带均为连续结构；一号竖直石墨烯纳米带和二号竖直石墨烯纳米带均与金属带相连；石墨烯层固定在硅衬底上；一号可变电源和二号可变电源均与金属带和硅衬底相连；通过改变两个电源的输出电压，实现石墨烯层电势能的改变。有益效果为实现透明窗的传输峰固定于1.2THz，且幅值大于95％，实现群延时在38.52ps至101.2ps动态可调。

Description

一种基于石墨烯的群延时可调控制器
技术领域
本发明涉及一种延时可调控制技术。
背景技术
以金属实现电磁诱导透明(EIT)的结构如需调整透明窗(频率、宽度等)，则需要改变器件尺寸，而这有时是难于实现的，引入石墨烯结构可通过改变石墨烯的掺杂浓度或施加电压改变石墨烯电势能，从而动态调整电磁诱导透明(EIT)的透明窗，目前单一的石墨烯结构虽具有调整功能，但调整能力有限。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的延时控制器的可调范围小的问题，提出一种基于石墨烯的群延时可调控制器。
本发明所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器，包括两个金属带、石墨烯层、硅衬底、一号可变电源和二号可变电源；
所述石墨烯层包括M×N个石墨烯单元，其中，M为石墨烯单元的行数，N为石墨烯单元的列数，所述M和N均为正整数；
每个石墨烯单元包括一号竖直石墨烯纳米带、二号竖直石墨烯纳米带、两条一号水平石墨烯纳米带和两条二号水平石墨烯纳米带；
所述一号竖直石墨烯纳米带、二号竖直石墨烯纳米带、两条一号水平石墨烯纳米带和两条二号水平石墨烯纳米带均处于同一平面上；
一号竖直石墨烯纳米带和二号竖直石墨烯纳米带平行设置；两条一号水平石墨烯纳米带的一端分别垂直连接在一号竖直石墨烯纳米带上；两条二号水平石墨烯纳米带的一端分别垂直连接在二号竖直石墨烯纳米带上，并且两条一号水平石墨烯纳米带和两条二号水平石墨烯纳米带均位于一号竖直石墨烯纳米带和二号竖直石墨烯纳米带之间；
同一列石墨烯单元的一号竖直石墨烯纳米带处于同一条直线上并且为连续结构，同一列石墨烯单元的二号竖直石墨烯纳米带处于另一条直线上并且同为连续结构；
位于每列石墨烯单元一个端部的一号竖直石墨烯纳米带同时与一个金属带相连，位于每列石墨烯单元另一个端部的二号竖直石墨烯纳米带同时与另一个金属带相连；
所述石墨烯层固定在硅衬底的一个表面上；
所述一号可变电源的正极与一个金属带相连，一号可变电源的负极与硅衬底的一端相连；
所述二号可变电源的正极与另一个金属带相连，二号可变电源的负极与硅衬底的另一端相连；
通过改变一号可变电源或二号可变电源的输出电压，实现石墨烯层电势能的改变。
本发明的有益效果是本发明的延时可调控制器可调范围大，并且具有双调谐能力的石墨烯基的电磁诱导透明结构，实现透明窗的传输峰固定于1.2THz，且幅值大于95％，实现群延时在38.52ps至101.2ps动态可调。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器的电路原理图；
图2为具体实施方式一中两个金属带、石墨烯层和硅衬底的位置关系结构示意图，其中虚线框表示的是一个石墨烯单元；
图3为具体实施方式五中石墨烯单元的具体结构示意图；
图4为体实施方式五中一号可变电源和二号可变电源输出不同电势时，频率与传输峰的仿真结果示意图；图中的0.53、0.5、0.48和0.44均代表一号组石墨烯纳米带的电势能EFL，0.48、0.5、0.52和0.54均代表二号组石墨烯纳米带的电势能EFR；
图5为体实施方式五中一号可变电源和二号可变电源输出不同电势时，频率与群延时的仿真结果示意图，图中的0.53、0.5、0.48和0.44均代表一号组石墨烯纳米带的电势能EFL，0.48、0.5、0.52和0.54均代表二号组石墨烯纳米带的电势能EFR。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器，包括两个金属带1、石墨烯层2、硅衬底3、一号可变电源4和二号可变电源5；
所述石墨烯层2包括M×N个石墨烯单元，其中，M为石墨烯单元的行数，N为石墨烯单元的列数，所述M和N均为正整数；
每个石墨烯单元包括一号竖直石墨烯纳米带2-1、二号竖直石墨烯纳米带2-2、两条一号水平石墨烯纳米带2-3和两条二号水平石墨烯纳米带2-4；
所述一号竖直石墨烯纳米带2-1、二号竖直石墨烯纳米带2-2、两条一号水平石墨烯纳米带2-3和两条二号水平石墨烯纳米带2-4均处于同一平面上；
一号竖直石墨烯纳米带2-1和二号竖直石墨烯纳米带2-2平行设置；两条一号水平石墨烯纳米带2-3的一端分别垂直连接在一号竖直石墨烯纳米带2-1上；两条二号水平石墨烯纳米带2-4的一端分别垂直连接在二号竖直石墨烯纳米带2-2上，并且两条一号水平石墨烯纳米带2-3和两条二号水平石墨烯纳米带2-4均位于一号竖直石墨烯纳米带2-1和二号竖直石墨烯纳米带2-2之间；
同一列石墨烯单元的一号竖直石墨烯纳米带2-1处于同一条直线上并且为连续结构，同一列石墨烯单元的二号竖直石墨烯纳米带2-2处于另一条直线上并且同为连续结构；
位于每列石墨烯单元一个端部的一号竖直石墨烯纳米带2-1同时与一个金属带1相连，位于每列石墨烯单元另一个端部的二号竖直石墨烯纳米带2-2同时与另一个金属带1相连；
所述石墨烯层2固定在硅衬底3的一个表面上；
所述一号可变电源4的正极与一个金属带1相连，一号可变电源4的负极与硅衬底3的一端相连；
所述二号可变电源5的正极与另一个金属带1相连，二号可变电源5的负极与硅衬底3的另一端相连；
通过改变一号可变电源4或二号可变电源5的输出电压，实现石墨烯层2电势能的改变。
在本实施方式中，通过实现石墨烯层2电势能的改变，完成调谐电磁诱导透明(EIT)。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器进一步限定，在本实施中，还包括二氧化硅层6；
所述二氧化硅层6设置在石墨烯层2与硅衬底3之间。
在本实施方式中，二氧化硅层6用于防止电击穿。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器进一步限定，在本实施中，二氧化硅层6的厚度为30nm。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器进一步限定，在本实施中，硅衬底3的厚度为10μm。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器进一步限定，在本实施中，两条二号水平石墨烯纳米带2-4均位于两条一号水平石墨烯纳米带2-3之间。
具体实施方式六：结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器进一步限定，在本实施中，所述每个石墨烯单元占用的区域为正方形，该正方形的边长为a，所述a＝16μm；
所述一号竖直石墨烯纳米带2-1、二号竖直石墨烯纳米带2-2、两条一号水平石墨烯纳米带2-3和两条二号水平石墨烯纳米带2-4均为矩形；
所述一号竖直石墨烯纳米带2-1长度所在直线的方向为竖直方向，一个一号水平石墨烯纳米带2-3长度所在的方向为水平方向；
一号竖直石墨烯纳米带2-1的宽度和二号竖直石墨烯纳米带2-2的宽度均为w，所述w＝1μm；
一号水平石墨烯纳米带2-3的宽度为w1，所述w1＝1μm，一号水平石墨烯纳米带2-3的长度为L1，所述L1＝7.5μm；
二号水平石墨烯纳米带2-4的宽度为w2，所述w2＝2μm，二号水平石墨烯纳米带2-4的长度为L2，所述L2＝6.3μm；
所述每个石墨烯单元占用的正方形区域的四个边缘分别为上边缘、下边缘、左边缘和右边缘；其中，一号竖直石墨烯纳米带2-1所在一侧的正方形边缘为左边缘，二号竖直石墨烯纳米带2-2所在一侧的正方形边缘为右边缘，处于一号竖直石墨烯纳米带2-1上端的正方形边缘为上边缘，处于一号竖直石墨烯纳米带2-1下端的正方形边缘为下边缘；
一个一号水平石墨烯纳米带2-3的上边与正方形区域的上边缘之间的距离为b1，另一个一号水平石墨烯纳米带2-3的下边与正方形区域的下边缘之间的距离同为b1，所述b1＝2.8μm；
一个二号水平石墨烯纳米带2-4的上边与正方形区域的上边缘之间的距离为b2，另一个二号水平石墨烯纳米带2-4的下边与正方形区域的下边缘之间的距离同为b2，所述b2＝4.7μm。
在本实施方式中，一号竖直石墨烯纳米带2-1和两条一号水平石墨烯纳米带2-3组成一号组石墨烯纳米带，二号竖直石墨烯纳米带2-2和两条二号水平石墨烯纳米带2-4组成二号组石墨烯纳米带，一号组石墨烯纳米带的电势能用EFL表示，二号组石墨烯纳米带的电势能用EFR表示，通过本实施方式设计的石墨烯层2的具体尺寸进行仿真，仿真结果如图4和图5所示，并根据实际仿真得出下表，下表为不同的一号组石墨烯纳米带的电势能EFL与不同的二号组石墨烯纳米带的电势能EFR相对应的传输峰频率、振幅和群延时。
通过以上设置，实现透明窗的传输峰固定于1.2THz，且幅值大于95％，实现群延时在38.52ps至101.2ps动态可调。

Claims (6)

1.一种基于石墨烯的群延时可调控制器，其特征在于，包括两个金属带(1)、石墨烯层(2)、硅衬底(3)、一号可变电源(4)和二号可变电源(5)；
所述石墨烯层(2)包括M×N个石墨烯单元，其中，M为石墨烯单元的行数，N为石墨烯单元的列数，所述M和N均为正整数；
每个石墨烯单元包括一号竖直石墨烯纳米带(2-1)、二号竖直石墨烯纳米带(2-2)、两条一号水平石墨烯纳米带(2-3)和两条二号水平石墨烯纳米带(2-4)；
所述一号竖直石墨烯纳米带(2-1)、二号竖直石墨烯纳米带(2-2)、两条一号水平石墨烯纳米带(2-3)和两条二号水平石墨烯纳米带(2-4)均处于同一平面上；
一号竖直石墨烯纳米带(2-1)和二号竖直石墨烯纳米带(2-2)平行设置；两条一号水平石墨烯纳米带(2-3)的一端分别垂直连接在一号竖直石墨烯纳米带(2-1)上；两条二号水平石墨烯纳米带(2-4)的一端分别垂直连接在二号竖直石墨烯纳米带(2-2)上，并且两条一号水平石墨烯纳米带(2-3)和两条二号水平石墨烯纳米带(2-4)均位于一号竖直石墨烯纳米带(2-1)和二号竖直石墨烯纳米带(2-2)之间；
同一列石墨烯单元的一号竖直石墨烯纳米带(2-1)处于同一条直线上并且为连续结构，同一列石墨烯单元的二号竖直石墨烯纳米带(2-2)处于另一条直线上并且同为连续结构；
位于每列石墨烯单元一个端部的一号竖直石墨烯纳米带(2-1)同时与一个金属带(1)相连，位于每列石墨烯单元另一个端部的二号竖直石墨烯纳米带(2-2)同时与另一个金属带(1)相连；
所述石墨烯层(2)固定在硅衬底(3)的一个表面上；
所述一号可变电源(4)的正极与一个金属带(1)相连，一号可变电源(4)的负极与硅衬底(3)的一端相连；
所述二号可变电源(5)的正极与另一个金属带(1)相连，二号可变电源(5)的负极与硅衬底(3)的另一端相连；
通过改变一号可变电源(4)或二号可变电源(5)的输出电压，实现石墨烯层(2)电势能的改变。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器，其特征在于，还包括二氧化硅层(6)；
所述二氧化硅层(6)设置在石墨烯层(2)与硅衬底(3)之间。
3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器，其特征在于，二氧化硅层(6)的厚度为30nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器，其特征在于，硅衬底(3)的厚度为10μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器，其特征在于，两条二号水平石墨烯纳米带(2-4)均位于两条一号水平石墨烯纳米带(2-3)之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的群延时可调控制器，其特征在于，所述每个石墨烯单元占用的区域为正方形，该正方形的边长为a，所述a＝16μm；
所述一号竖直石墨烯纳米带(2-1)、二号竖直石墨烯纳米带(2-2)、两条一号水平石墨烯纳米带(2-3)和两条二号水平石墨烯纳米带(2-4)均为矩形；
所述一号竖直石墨烯纳米带(2-1)长度所在直线的方向为竖直方向，一个一号水平石墨烯纳米带(2-3)长度所在的方向为水平方向；
一号竖直石墨烯纳米带(2-1)的宽度和二号竖直石墨烯纳米带(2-2)的宽度均为w，所述w＝1μm；
一号水平石墨烯纳米带(2-3)的宽度为w1，所述w1＝1μm，一号水平石墨烯纳米带(2-3)的长度为L1，所述L1＝7.5μm；
二号水平石墨烯纳米带(2-4)的宽度为w2，所述w2＝2μm，二号水平石墨烯纳米带(2-4)的长度为L2，所述L2＝6.3μm；
所述每个石墨烯单元占用的正方形区域的四个边缘分别为上边缘、下边缘、左边缘和右边缘；
位于上方的一号水平石墨烯纳米带(2-3)的上边与正方形区域的上边缘之间的距离为b1，位于下方的一号水平石墨烯纳米带(2-3)的下边与正方形区域的下边缘之间的距离同为b1，所述b1＝2.8μm；
位于上方的二号水平石墨烯纳米带(2-4)的上边与正方形区域的上边缘之间的距离为b2，位于下方的二号水平石墨烯纳米带(2-4)的下边与正方形区域的下边缘之间的距离同为b2，所述b2＝4.7μm。
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