一种混合型石墨烯表面等离子体波导

以表面等离子体共振技术研究石墨烯杂化及其光学性质石墨烯是一种热门的二维材料，拥有极高的导电性、热传导性和机械强度等优异的性质。

其在光学能谱学、电子能谱学和纳米技术等领域中有广泛的应用前景。

最近，研究人员利用表面等离子体共振技术研究了石墨烯的杂化及其光学性质，这项研究有望在材料科学中产生深远的影响。

表面等离子体共振技术是一种基于表面等离子体共振现象的光学传感技术。

该技术通过在固体表面上引入介质层或分子吸附，使表面的等离子体共振现象发生变化，从而检测分子之间的相互作用和表面反应。

石墨烯的表面等离子体共振现象受材料自身性质的影响较小，因此被广泛应用于石墨烯等二维材料的研究中。

石墨烯的杂化是指将其掺杂或与其他元素或化合物复合，形成新的材料。

此项研究中，研究人员将氮化石墨烯与四丁基铵离子相结合，形成了一种新的氮化石墨烯杂化物。

通过表面等离子体共振技术研究发现，氮化石墨烯杂化物的等离子体共振峰比氮化石墨烯单质红移，表明其具有更强的吸收能力和更好的光学性质。

此外，研究人员还通过光学光谱等技术研究了氮化石墨烯杂化物中氮元素的掺杂情况和其对光学性质的影响。

结果显示，随着氮元素的掺杂浓度的增加，氮化石墨烯杂化物的吸收光谱发生了明显的变化，同时其光学性质也得到了显著的提高。

石墨烯的光学性质受制于其层间结构和电子结构等因素。

石墨烯的层间结构使其对光子的吸收和散射发生了变化，而其独特的电子结构也给其带来了特殊的光学性质。

通过研究石墨烯杂化及其光学性质，我们可以更好地理解石墨烯的光学机制，为其在光电子学、光催化、光传感等领域的应用提供技术支持。

总之，表面等离子体共振技术在石墨烯及其杂化物的光学研究中具有重要的应用价值。

未来，我们可以进一步探索该技术在其他二维材料中的应用，为材料科学的发展做出更大的贡献。

石墨烯包裹石墨等离子体球磨以石墨烯包裹石墨等离子体球磨为标题石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有优异的导电性、热导性和机械性能，因此被广泛应用于各个领域。

石墨也是一种由碳原子构成的材料，但是其层状结构使得其导电性和机械性能相对较差。

那么，如果将石墨烯包裹在石墨表面，会发生什么呢？石墨烯包裹石墨的方法之一是利用等离子体球磨技术。

等离子体球磨是一种将粉末材料置于高能量的等离子体中进行球磨的方法。

通过等离子体球磨，可以实现对材料表面的精细处理，改善材料的性能。

让我们来了解一下等离子体球磨的原理。

等离子体球磨是利用高能等离子体产生的能量对材料进行球磨。

当高能等离子体与材料表面碰撞时，会产生强烈的冲击和能量传递，导致材料表面发生塑性变形、溶解和再结晶等过程。

这些过程可以改变材料的晶体结构和化学组成，从而改善材料的性能。

在石墨烯包裹石墨的过程中，等离子体球磨可以起到两个作用。

首先，等离子体球磨可以使石墨烯与石墨之间形成紧密的结合。

由于石墨烯具有二维结构，其表面积较大，利用等离子体球磨可以使石墨烯与石墨之间形成大量的化学键，增强二者之间的结合力。

这样一来，石墨烯就可以有效地包裹在石墨表面，形成一层保护层，提高石墨的导电性和机械性能。

等离子体球磨还可以改变石墨的晶体结构。

石墨的晶体结构由层状的石墨烯片层组成，这些片层通过范德华力相互堆叠而形成。

在等离子体球磨的过程中，高能等离子体的作用下，石墨烯片层之间的范德华力会被破坏，从而使石墨片层发生错位和再结晶。

这些改变可以提高石墨的结晶度和晶粒尺寸，进而提高石墨的导电性和机械性能。

除了石墨烯包裹石墨，等离子体球磨还可以用于改善其他材料的性能。

例如，等离子体球磨可以用于改善金属材料的强度和塑性，改善陶瓷材料的导电性和机械性能，改善聚合物材料的热稳定性和光学性能等。

通过对材料进行等离子体球磨，可以实现对材料的微观结构和化学组成的精细调控，从而改善材料的性能。

以石墨烯包裹石墨等离子体球磨的方法可以改善石墨的导电性和机械性能。

第 43 卷第 3 期2024年 5 月Vol.43 No.3May 2024中南民族大学学报（自然科学版）Journal of South-Central Minzu University（Natural Science Edition）石墨烯混合等离子体波导光子轨道角动量产生及转换器设计肖之伟，陈竞翔，江莹，曹振洲*，杨春勇（中南民族大学a.电子信息工程学院；b.智能物联技术湖北省工程研究中心；c.智能无线通信湖北省重点实验室武汉430074）摘要为满足现代社会对通信容量日益增长的需求，设计了一种基于石墨烯混合等离子体波导的可重构光子轨道角动量产生及转换器，利用时域有限差分法对器件的性能进行了仿真分析.仿真结果表明：石墨烯费米能级为0 eV时，该装置实现了拓扑荷由+1向−1或者−1向+1的光子轨道角动量的转换，转换效率达到93.6%；石墨烯费米能级为0.9 eV时，该装置可以将线偏振光转换为携带轨道角动量的涡旋光，此时该器件还可以用于识别拓扑荷为±1的涡旋光.关键词光子轨道角动量；石墨烯；混合等离子体波导；双折射效应；模式耦合中图分类号TN814 文献标志码 A 文章编号1672-4321（2024）03-0378-06doi：10.20056/ki.ZNMDZK.20240312Design of graphene hybrid plasmonic waveguide device for thegeneration and conversion of photonic orbital angular momentum XIAO Zhiwei，CHEN Jingxiang，JIANG Ying，CAO Zhenzhou*，YANG Chunyong（South-Central Minzu University， a.College of Electronics and Information Engineering； b.Hubei Engineering Research Center of Intelligent IOT Technology；c.Hubei Key Laboratory of Intelligent Wireless Communications， Wuhan 430074， China）Abstract A reconfigurable photonic orbital angular momentum generator and converter based on graphene hybrid plasma waveguide was designed to meet the increasing demand for communication capacity in modern society. The performance of the device was simulated by the time-domain finite-difference method. The simulation results showed that when the Fermi level of graphene was 0 eV， the device realized the photonic orbital angular momentum conversion of topological charge from +1 to −1 or −1 to +1 with a conversion efficiency of up to 93.6%. When the Fermi level of graphene was 0.9 eV， the device could convert the linearly polarized light to vortex light carrying orbital angular momentum. In this case， the device can also be used to identify vortex light with topological charge ±1.Keywords photonic orbital angular momentum； graphene； hybrid plasmonic waveguide； birefringence effect； mode coupling当前，视频互联、云计算、大数据等技术广泛应用所产生的海量数据对通信传输容量提出了更高的要求，为此，学者们提出空分复用技术以提升传输容量.空分复用技术与目前应用的偏振复用、波分复用、先进的信号调制格式技术相互兼容，每增加一个空间信道，就能够使现有的通信容量翻倍，实现光通信的持续扩容.王健等［1］实现了携带轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）的四束涡旋光复用/解复用，证实了涡旋光通信的可行性.袁小聪等［2］提出了一种基于光纤的OAM（解）复用器，在一个端口直接复用OAM光波，在另一个端口解复用OAM光波，通过对载波信号经过5 km少模光纤传输后的误码率的测量，验证了该方案的有效性，有利于基于OAM大规模光纤通信的应用.余思远等［3］利用环芯光纤中OAM模式的传输和调控特性，实现了多芯OAM光纤系统中纤芯间、纤芯内部模式组信道之间的同时低串扰发射和传输，为光纤通信实现扩容提供了有效的解决方案.光子角动量分为自旋角动量（Spin Angular Momentum，SAM）和轨道角动量，分别与光波的圆偏收稿日期2022-10-04* 通信作者曹振洲（1981-），男，副教授，博士，研究方向：集成光学，E-mail：***********************基金项目国家自然科学基金资助项目（62171487）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（YZF20001）第 3 期肖之伟，等：石墨烯混合等离子体波导光子轨道角动量产生及转换器设计振态和螺旋相位波前相关.每个光子携带的轨道角动量为l ℏ，其中l 表示拓扑荷［4］.携带轨道角动量的涡旋光模式正交，可避免信道串扰，易于实现模分复用；涡旋光束本征态数目的无穷性，可提高复用通信的维度.光子轨道角动量产生主要有螺旋相位板法［5-6］、模式转换法［7］和计算全息法［8］等.螺旋相位板在模式转换效率以及纯度方面具有较好的效果，但一种螺旋相位板结构只能生成一种OAM 光束，可适用性不强；模式转换法中的柱透镜尺寸相对较大；计算全息法虽能产生任意拓扑荷的涡旋光，但对光栅制作工艺要求严格；空间光调制器可利用编程技术实时改变光束的相位和偏振态，但是其应用于自由空间，无法集成.光子轨道角动量转换主要有超表面［9-10］，其主要应用于自由空间.集成波导具有体积小、损耗低和波导模式稳定等优点［11-12］.蔡鑫伦等［13］提出利用波导产生光子轨道角动量；黄旭光等［14］提出利用波导操纵光子轨道角动量，基于波导模式耦合原理，实现在波导中产生和转换光子轨道角动量.这些方案利用了特定的波导结构调整光波的偏振态和相位分布，灵活性还需要进一步增强.本文设计的基于石墨烯混合等离子体波导的可重构光子轨道角动量产生及转换器，利用一根波导实现光子轨道角动量的产生和转换功能，使器件更紧凑、易于集成，极大地拓展了OAM 在太赫兹通信中的应用.1　器件设计及原理1.1　器件的整体设计及原理设计的基于石墨烯混合等离子体波导的光子轨道角动量产生器如图1所示.该器件由以下部分构成：掺杂硅（Polysilicon ）和高密度聚乙烯（HDPE ）［15-16］共同构成的基底、高密度聚乙烯包层、砷化镓（GaAs ）波导芯、位于高密度聚乙烯介质包层上表面和侧面的石墨烯（Graphene ）.其中，凹槽波导长度L 1=160 µm ，石墨烯总长度L 2=227 µm ，聚乙烯包层的宽度和高度a =30 µm ，砷化镓波导芯的宽度和高度b =22 µm ，石墨烯的宽度c =10 µm ，石墨烯薄层与砷化镓波导之间的间隔s =4 µm .利用FDTD 软件对器件进行仿真，仿真域在各个方向上被划分成相同的立方体，网格间距在各个坐标轴方向（x ，y ，z ）均为0.5 µm ，边界条件选择完美匹配层［17］.该器件的工作波长λ=100 µm ，这是一种用于科学、军事和商业的典型太赫兹波长［18］，如量子级联激光器［19］和超低损耗波导［20］.砷化镓和高密度聚乙烯的材料折射率分别设置为3.6和1.54.石墨烯的费米能级为0.9 eV 时，TM 线偏振光从波导A 端口输入，在波导B 端口输出携带轨道角动量的涡旋光.在波导中，TM 线偏振模式可分解为两个与水平方向夹角为±π/4线偏振光，这两个线偏振光还可以进一步分解为横向电场分量E T 和纵向电场分量E Z ，如图2（a ）所示.横向电场分量E T 与光波的自旋角动量相关.波导中光波的纵向电场分量E Z 指向光波的传播方向，两个纵向电场分量E Z 经过石墨烯混合等离子体波导后相位差达到π/2并在波导输出端口组合形成携带轨道角动量的涡旋光，如图2（b ）所示.1.2　石墨烯混合等离子体波导的设计及功能在太赫兹波段，石墨烯被认为是一个极薄的导电层，与单层石墨烯表面等离子体的传播特性相比，少数层石墨烯对表面模式的约束较弱，传播损耗较小［21］.本文该器件使用了几层石墨烯构造石墨烯混合等离子体波导.在随机相位近似的条件下，根据Kubo 公式［22］，单层石墨烯的表面电导率为：图 1 石墨烯混合等离子体波导的光子角动量产生及转换器Fig.1　Graphene hybrid plasmonic waveguide device for generationand conversion of photonic angular momentum图 2 波导的模场分布Fig.2　Field distribution of waveguide379第 43 卷中南民族大学学报（自然科学版）σg(ω，τ，T，E f)=2ie2k B Tπℏ(ω+iτ-1)ln[2cosh(E f2k B T)]+ e24ℏ[12+1πarctan(ℏω-2E f2k B T)]- i2πln[(ℏω+2E f)2(ℏω-2E f)2+(2k B T)2]，（1）式中：ℏ为简化后的普朗克常数，ω为角频率，k B为波尔兹曼常数，室温T=300 K，载流子弛豫时间τ=0.5 ps，石墨烯的费米能级可由E f=ℏυf(πn g)1/2（υf为费米速度，n g为载流子浓度）确定.少数层石墨烯可以看作是若干层没有相互作用的单层石墨烯的叠加，其电导率可以表示为Nσg·当石墨烯的层数N<6层时，随着石墨烯层数的增加，石墨烯附近的光波损耗逐渐下降［23］，在器件仿真过程中，设置石墨烯的层数N=5.设计的石墨烯混合等离子体波导结构如图3所示，该结构包含多种电介质：砷化镓波导、高密度聚乙烯包层和高密度聚乙烯包层上面和侧面的石墨烯，具有限制、传输和耦合电磁波的功能［24］.石墨烯混合等离子体波导支持两个本征模式E-Mode1和E-Mode2的传输.电磁波的能量集中于介质波导内部（E-Mode2）或介质波导与石墨烯的间隙中（E-Mode1）.在波导输入端口部分，光波模式有效折射率为2.45，当石墨烯的费米能级为0.9 eV时，光波经过石墨烯混合等离子体波导，两个波导模式的光场分布存在较大差异，两个模式的有效折射率实部差值Δn 可以表示为：⁃Δn=|Ren E⁃Mode1-Ren E⁃Mode2|，（2）此时石墨烯混合等离子体波导的两个本征模式E-Mode1模式和E-Mode2模式的有效折射率n E⁃Mode1= 2.57+0.0026i和n E⁃Mode2=2.46+0.0004i，实部表示了模式有效折射率，虚部代表了波导结构的损耗.两个模式的有效折射率实部之差为0.11，有效折射率实部差异引起两个本征模式产生相位差δ［25］：δ=k0ΔnL+Δδ，（3）式中：k0为自由空间中波矢量（k0=2π/λ，λ为器件工作波长），Δn为两个波导模式有效折射率实部的差值，L为本节设计的石墨烯混合波导长度和下节设计的凹槽波导长度，Δδ为波导模式的初始相位差.用公式（3）计算可知：石墨烯混合等离子体波导长度L2=227 µm时，光波经过石墨烯混合等离子体波导到达输出波导端口，两个纵向场分量E Z的相位差达到δ=π/2，组合形成携带轨道角动量的涡旋光. 1.3　凹槽波导的设计及功能设计的凹槽波导结构如图4所示，凹槽波导支持TM模式和TE模式的传输.随着光波的传输，两个模式的相位产生差异，形成双折射效应.凹槽波导中TM模式有效折射率、TE模式有效折射率和两个模式之间的相位差δ随波导宽度的变化关系如图5所示.由图5可见：随着波导宽度的增加，两个模式之间的有效折射率之间的差值越来越小，相对相位差也在减小.凹槽波导宽度为W=17 µm时，TM模式和TE模式的有效折射率实部n TM=2.27，n TE=1.93，两者之差为0.34.凹槽波导长度L1=160 µm时，光波经过凹槽波导后，由公式（3）可知TE模式和TM模式的相位差达到π.涡旋光经过凹槽波导的相移作用后，转换为相反旋向的涡旋光，实现拓扑荷为+1向-1或者-1向+1的光子轨道角动量的转换.当波导宽度为22 µm时（没有凹槽），波导的TE模式和TM模式相等，该波导没有相移功能，不能实现涡旋光的转换功能.图5 TM模式和TE模式的有效折射率和相位差随凹槽波导宽度W的变化关系Fig.5　Variation of effective index and phase difference withthe width W of groove waveguide under TM and TE modes图3 石墨烯混合等离子体波导结构示意图Fig.3　Schematic diagram of graphene hybrid plasmonicwaveguide structure图4 凹槽波导结构示意图Fig. 4　Schematic diagram of groove waveguide structure380第 3 期肖之伟，等：石墨烯混合等离子体波导光子轨道角动量产生及转换器设计2　器件的优化与性能分析两个模式的重叠积分Overlap 为［26］：Overlap =|||||||||Re éëêêêêùûúúúú()∫E 1×H ∗2⋅dS ()∫E 2×H ∗1⋅dS ()∫E1×H ∗1⋅dS ×|||||1Re (∫E 2×H ∗2⋅dS ) ，（4）式中，E和H 分别为在波导中光波的电场和磁场强度.当输入波导的宽度为22 µm 时，由公式（3）和（4）计算得到凹槽波导长度随着凹槽波导的宽度W 的变化关系，以及输入波导TM 模式与凹槽波导TM 模式的重叠积分Overlap 随着凹槽波导的宽度W 的变化关系，如图6所示.由1.3分析可知凹槽波导宽度为10~20 µm 时，随着凹槽波导宽度的增加，凹槽波导支撑的TE 模式和TM 模式的有效折射率差Δn 随之减小.依据公式（3）可知：Δn 减小时，通过增加凹槽波导的长度L 1可以使凹槽波导支撑的TE 模式和TM 模式的相位差δ差达到π.同时，两个模式的重叠积分也在逐渐增大.当凹槽波导宽度为22 µm 时，两个模式的重叠积分为1，但此时凹槽波导没有相移功能，不能对拓扑荷±1的涡旋光进行转换，所以凹槽波导的宽度需小于输入波导的宽度.当凹槽波导宽度为18~21 µm 时，由公式（3）算得凹槽波导的长度超过200 µm ，不利于集成. 当凹槽波导宽度为17 µm 时，本征模式与输入模式重叠积分为0.997，表明输入TM 模式的能量几乎全部被转移给了凹槽波导的TM 模式，此时的凹槽波导结构有利于TM 线偏振光的传输，凹槽波导长度约为160 µm ，易于集成.光子轨道角动量转换器的转换效率η是衡量器件性能的重要指标，其计算公式为：η=P outputP input×100% ，（5）式中：P input 为波导A 端口的光波输入功率，P output 为波导B 端口的光波输出功率.光子轨道角动量产生器的输出端口光波转换效率η随石墨烯费米能级的变化关系如图7所示，石墨烯费米能级分别为0.2、0.6、0.9 eV 时波导输出端口的光波的模场分布有明显不同，对应涡旋光转换效率分别为12.3%、83.8%、93.6%.由图7可知：随着石墨烯费米能级的增加，涡旋光的模场更接近圆形分布，涡旋光的转换效率η也在逐渐提高.波导模式的损耗随石墨烯费米能级的变化关系如图8所示.由图8可见：石墨烯的费米能级为0.2~0.9 eV 时，石墨烯混合等离子体波导中E -Mode1和E -Mode2模式损耗随石墨烯费米能的增加而减小， 耗变化也越来越缓慢.石墨烯的费米能级为0.2 eV 时，E -Mode1、E -Mode2损耗分别为38.11、2.16 dB‧mm -1，两个模式基本被吸收；石墨烯费米能级为0.9 eV 时，E -Mode1和E -Mode2损耗分别为1.46、0.22 dB‧mm -1，此时石墨烯混合等离子体波导结构中传输模式的损耗非常小，有利图7 波导输出端口模场分布和转换效率η随石墨烯费米能级的变化关系Fig.7　Variation of mode field distribution and conversion efficiency ηof the waveguide output port with the Fermi level of graphene图8 波导两个本征模的传播损耗随石墨烯费米能级的变化关系Fig.8　Variation of propagation losses of the two eigenmodes of thewaveguide with the Fermi level of graphene图6 波导长度和波导模式的重叠积分随波导宽度的变化关系Fig. 6　Variation of waveguide length and overlap integral forwaveguide modes with waveguide width381第 43 卷中南民族大学学报（自然科学版）于光子轨道角动量的产生和转换.另外，通过调节石墨烯费米能级可以补偿部分工艺问题导致的材料属性或者结构尺寸的偏差对波导产生的影响.在仿真中设置合适的石墨烯宽度c ，调节波导间隔s ，使得器件的转换效率达到最大值，不同石墨烯宽度c 对应的波导间隔s 与转换效率η间的关系如图9所示.由仿真结果可知：当波导间隔s 大于4 µm 时，器件转换效率随波导间隔s 变化不明显；波导间隔在1.5~6.5 µm 范围时，OAM 模式转换效率均高于60%；当石墨烯层的宽度为10 µm ，波导间隔s 为5.5 µm 时，器件的转换效率达到了93.9%，为最大值；s 为4 µm 时，对应的OAM 模式转换效率为93.6%.当波导间隔小于1.5 µm 时不利于生成涡旋光；波导间隔s 大于6.5 µm 时，石墨烯混合波导的两个本征模式有效折射率差Δn 较小，依据公式（3）可知，需要增加石墨烯混合波导的长度L 2使两个模式的相位差δ达到π/2，此时波导的长度超过800 µm ，不利于集成；s =5.5 µm 时，TM 模式转换为OAM 模式所需的波导长度为431 µm ；当s =4 µm 时，TM 模式转换为OAM 模式所需的波导长度为227 µm ，此时器件的尺寸更小，更有利于集成，最终设置波导间隔s 为4 µm ，石墨烯层的宽度c =10 µm .3　涡旋光的拓扑荷识别和转换功能石墨烯混合等离子体波导可将线偏振光转换为涡旋光，由光的互易性，涡旋光也可以转化为线偏振光.该波导装置还可以识别拓扑荷为±1的涡旋光.如图10（a ）所示，当石墨烯能级为0.9 eV 时，右旋涡旋光从波导B 端口输入，在波导A 端口输出TE 线偏振光；由图10（b ）可知，左旋涡旋光从波导B 端口输入，在波导A 端口输出TM 线偏振光.涡旋光可以看作由两个相互正交、振幅相同、初始相位差Δδ=±π/2的线偏振光组成，涡旋光经过石墨烯混合等离子体波导结构后两个相互正交的线偏振光的初始相位差会产生π/2的积累.依据公式（3）可知，当拓扑荷l =1的右旋涡旋光经过波导结构后，线偏振光之间的相位差达到0，组合形成了TE 线偏振光；当拓扑荷l =-1的左旋涡旋光经过波导结构后，相位差达到π，组合形成了TM 线偏振光.图11为拓扑荷为±1的涡旋光转换器示意图.当石墨烯的费米能级为0 eV 的时，波导结构几乎不会改变光波的偏振态和螺旋波阵面，此时利用凹槽波导的相移作用进行不同旋向的涡旋光转换，从波导端口输入涡旋光，在波导输出端口产生与其相反旋向的涡旋光，即当右（左）旋涡旋光从波导A 端口输入，就会从波导B 端口输出左（右）旋涡旋光.图9 不同石墨烯层宽度c 对应的波导间隔s 与转换效率的关系Fig.9　Relationship between of conversion efficiency and waveguideinterval s with different graphene layers widthc图11 拓扑荷为±1的涡旋光转换器示意图Fig.11　Schematic diagram of vortex light converter withtopological charge±1图10 拓扑荷为±1的涡旋光区分器示意图Fig.10　Schematic diagram of a vortex discriminator withtopological charge ±1382第 3 期肖之伟，等：石墨烯混合等离子体波导光子轨道角动量产生及转换器设计4　结语本文设计并数值仿真了一种基于石墨烯混合等离子体波导的可重构光子轨道角动量产生及转换器，当石墨烯费米能级为0.9 eV时，石墨烯混合等离子体波导的两个本征模式纵向场分量E Z的相位差达到π/2并组合形成携带轨道角动量的涡旋光，转换效率达到93.6%，同时该器件可以区分拓扑荷为±1的涡旋光；当石墨烯费米能级为0 eV时，涡旋光从波导端口输入，经过凹槽波导的相移作用，两个本征模式组合形成了相反旋向的涡旋光，实现了拓扑荷为+1向-1或者-1向+1的光子轨道角动量的转换.该装置相比已有的硅基波导光子轨道角动量产生器，结构更为紧凑、功能更为灵活，可用于片上模式转换.参考文献［1］WANG J，YANG J Y，FAZAL I M，et al. 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石墨烯等离子体剥离法
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有出色的
导电性、热导性和机械性能，因此备受科学界和工业界的关注。

然而，石墨烯的制备过程一直是一个挑战，直到近年来，石墨烯等离
子体剥离法成为了一种备受关注的新方法。

石墨烯等离子体剥离法是一种利用等离子体对石墨材料进行处理，从而实现石墨烯剥离的方法。

等离子体是一种由离子和自由电
子构成的气体状态，当等离子体与石墨材料接触时，离子和自由电
子的能量会被传递给石墨材料，从而使得石墨材料的结构发生改变，最终导致石墨烯的剥离。

石墨烯等离子体剥离法具有许多优点。

首先，它能够实现对石
墨材料的高效剥离，得到高质量的石墨烯材料。

其次，这种方法相
对于传统的机械剥离方法来说，更加简单、高效，并且可以实现大
规模生产。

此外，石墨烯等离子体剥离法还可以对石墨材料进行表
面修饰，从而赋予石墨烯更多的功能。

然而，石墨烯等离子体剥离法也面临着一些挑战。

首先，等离
子体处理过程中需要精确控制处理参数，以确保石墨烯的质量和产
率。

其次，等离子体处理过程可能会导致石墨烯材料的一定程度的
损伤，因此需要进一步研究如何最大程度地减少损伤。

总的来说，石墨烯等离子体剥离法作为一种新型的石墨烯制备
方法，具有广阔的应用前景。

随着对该方法的深入研究和技术改进，相信石墨烯等离子体剥离法将会成为未来石墨烯生产的重要方法之一。

专利名称：一种石墨烯材料的表面等离子体波导光学传感装置专利类型：实用新型专利
发明人：朱君,徐政杰,傅得立
申请号：CN201820386140.0
申请日：20180321
公开号：CN207992057U
公开日：
20181019
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种石墨烯材料的表面等离子体波导光学传感装置，其特征是，包括阵列柱形谐振腔和锯齿形长条波导结构，所述阵列柱形谐振腔和锯齿形长条波导结构的两侧边呈对称设置的一组锯齿状边，所述阵列柱形谐振腔和锯齿形长条波导结构的两侧边分别对称设有与阵列柱形谐振腔和锯齿形长条波导结构紧密连接的半导体材料石墨烯和金属材料，分别与金属材料和半导体材料石墨烯紧密连接的阵列柱形谐振腔和锯齿形长条波导结构的锯齿齿尖位置旁边分别对称刻蚀有第一组圆柱形谐振腔和第二组圆柱形谐振腔。

这种光学传感装置具有可调性好、抗干扰能力强的特点。

申请人：广西师范大学
地址：541004 广西壮族自治区桂林市七星区育才路15号
国籍：CN
代理机构：桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司
代理人：刘梅芳
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910753605.0(22)申请日 2019.08.15(71)申请人 常州机电职业技术学院地址 213164 江苏省常州市武进区鸣新中路26号(72)发明人 张波　金旭栋　朱理瀚　虞文武　马雯雯　聂俊　刘凯凯　(74)专利代理机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司 23211代理人 孙莉莉(51)Int.Cl.C01B 32/194(2017.01)(54)发明名称一种石墨烯表面等离子体改性处理装置及处理方法(57)摘要本发明提出了一种石墨烯表面等离子体改性处理装置及处理方法，属于石墨烯表面改性技术领域，特别是涉及一种石墨烯表面等离子体改性处理装置及处理方法。

解决了现有通过超声波、加热或气流等处理石墨烯的方法产率低、片层团聚严重、长时间超声造成石墨烯大量结构缺陷、需要引入较多表面活性剂或者表面活化物的问题，以及现有等离子体处理方法只能作用于石墨烯堆积的表面层的问题。

它包括真空室、玻璃容器、射频电源系统、对电极和旋转机构，所述真空室为卧式结构，所述对电极为圆弧形结构，所述对电极中间放置圆筒形玻璃容器，所述玻璃容器与旋转机构相连，以及相应的处理方法。

它主要用于石墨烯表面改性处理。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 110357085 A 2019.10.22C N 110357085A1.一种石墨烯表面等离子体改性处理装置，其特征在于：它包括真空室(1)、玻璃容器(2)、射频电源系统(9)、对电极(10)和旋转机构，所述真空室(1)为卧式结构，所述真空室(1)上开设有充气孔(5)和抽气孔(6)，所述对电极(10)与射频电源系统(9)相连，所述对电极(10)为圆弧形结构，内侧圆弧部分为放电层(13)，中间部分为绝缘层(14)，外侧圆弧部分为屏蔽层(15)，所述对电极(10)中间放置圆筒形玻璃容器(2)，所述对电极(10)通过聚四氟乙烯块(12)固定在真空室(1)内壁上，并与玻璃容器(2)中心同轴，所述玻璃容器(2)与旋转机构相连，所述玻璃容器(2)一端设置有通孔(11)。

专利名称：混合等离子体波导及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：欧祥鹏,杨妍,孙佳琪,孙富君,唐波,李志华申请号：CN202011432710.3
申请日：20201209
公开号：CN112612077A
公开日：
20210406
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种混合等离子体波导及其制备方法，该混合等离子体波导包括基底以及覆盖基底的缓冲层、波导结构、上包层、支撑结构层和金属层，所述波导结构设置在缓冲层上；所述上包层覆盖波导结构；所述支撑结构层覆盖上包层，所述金属层设置在支撑结构层上；所述金属层的材料采用标准CMOS工艺兼容的金属；所述波导结构的至少部分悬置于缓冲层和支撑结构层之间形成的空腔中；所述支撑结构层和金属层上分别对应设置有多个连通空腔的孔洞。

该混合等离子体波导中波导结构的至少部分悬置于空腔中，提高倏逝场因子，有效提波导灵敏度；金属层可采用标准CMOS工艺兼容的金属取代金、银等贵重金属，构成混合等离子体波导，突破光的衍射极限。

申请人：中国科学院微电子研究所
地址：100029 北京市朝阳区北土城西路3号
国籍：CN
代理机构：北京辰权知识产权代理有限公司
代理人：金铭
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