六方氮化硼（Hexagonal boron nitride）是一種天然雙曲材料,相較于金屬或人工合成的雙曲超材料,擁有更良好的光學(xué)響應(yīng)和更低的光損耗。離子晶體可以在太赫茲到中紅外區(qū)間與入射電磁波發(fā)生耦合,產(chǎn)生聲子極化子,進(jìn)而擁有特殊的光學(xué)性質(zhì)。本論文設(shè)計(jì)了由hBN與離子晶體AlN周期性排列形成hBN/AlN超材料結(jié)構(gòu),利用經(jīng)典電磁理論研究了其光學(xué)透反射性質(zhì)及古斯?jié)h欣位移,獲得以下主要結(jié)論:1.hBN/AlN超材料擁有四個(gè)剩余頻率帶,其中兩個(gè)主要來源于hBN薄膜,而另外兩個(gè)主要源于離子晶體AlN的影響。隨著主光軸與薄膜表面夾角?的增加,第Ⅰ類型剩余頻率帶中的反射峰、透射谷和吸收峰對(duì)應(yīng)的頻率位置發(fā)生紅移,而在第Ⅱ類型剩余頻率帶中則發(fā)生藍(lán)移。研究發(fā)現(xiàn),在hBN/AlN超材料中,hBN的填充率對(duì)透反射性質(zhì)具有較強(qiáng)的影響。隨著hBN填充率的增加,第一剩余頻率帶內(nèi)的反射峰與透射谷寬度在減小,反射率峰值降低;其余三個(gè)剩余頻率帶內(nèi)透反射性質(zhì)恰好與其相反,并且僅在由hBN引起的剩余頻率帶中,透反射率的波峰和波谷會(huì)跟隨填充率變化而發(fā)生頻率位置的移動(dòng)。在hBN薄膜和hBN/Al N超材料的剩余頻率帶中透反射... 

【文章來源】：哈爾濱師范大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

單軸各向異性晶體的結(jié)構(gòu)示意圖和坐標(biāo)系Fig.1-3Coordinatesystemandschematicstructureofuniaxialanisotropiccrystal

哈爾濱師范大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-4離子晶體介電函數(shù)隨頻率變化，陰影部分代表剩余頻率帶。Fig.1-4Therelativepermittivityversusfrequencyfortheioniccrystal,thereststrahlenfrequencybandisindicatedbytheshadowregion.電磁波照射到離子晶體表面時(shí)，將在晶體內(nèi)部激發(fā)橫向的電磁場，進(jìn)而將會(huì)影響離子晶體內(nèi)部光學(xué)支橫波震動(dòng)，與光學(xué)聲子發(fā)生耦合產(chǎn)生聲子極化子[26,30-31]。當(dāng)入射電磁波頻率與橫向光學(xué)支聲子頻率相近的時(shí)候，耦合很強(qiáng)，形成極化激元[27]，這決定了離子晶體的獨(dú)特光學(xué)特性。絕大多數(shù)的離子晶體都屬于絕緣體或半導(dǎo)體，它們引起光損耗的原因主要是聲子散射，所以相較于金屬和一些人工合成的雙曲超材料而言，離子晶體的光損耗也很小[26-30]。而且天然的離子晶體材料種類繁多，其剩余頻率帶位置可以分布在太赫茲到中紅外區(qū)域上[27,31]，所以對(duì)離子晶體的研究有很大的實(shí)際意義。本文中將會(huì)把離子晶體與天然雙曲材料六方氮化硼周期性的結(jié)合起來，結(jié)合后的超材料晶體的介電張量可以通過等效介質(zhì)的方法計(jì)算出來。等效介質(zhì)方法適用于特征尺寸與工作波長相當(dāng)或更小的周期性結(jié)構(gòu)材料。通過等效介質(zhì)方法可得到周期性結(jié)構(gòu)材料的等效介電張量或磁導(dǎo)率張量的表達(dá)式。本課題研究的是非磁性材料，所以下面簡單介紹一下等效介電函數(shù)張量的推導(dǎo)方法。

第一章緒論7圖1-5由兩種層狀介質(zhì)組成的周期性超材料結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-5Thestructurediagramoftheperiodicmetamaterialstructurecomposedoftwokindsoflayeredmedia如圖1-5所示，在選取介電函數(shù)分別為1和2的兩種材料組合成一個(gè)一維半無限大的復(fù)合晶體，設(shè)置兩種材料的厚度分別為1d和2d。設(shè)復(fù)合材料的等效電場強(qiáng)度為E-，等效電位移矢量為Dè-，在兩種材料內(nèi)部，電場強(qiáng)度分別為1Eè”-和2E，電位移矢量為1Dh和2DH。由介質(zhì)表面邊界條件可知，等效后的介質(zhì)內(nèi)部電場強(qiáng)度的平行分量和各個(gè)介質(zhì)層內(nèi)部的電場強(qiáng)度的平行分量相等，而垂直方向分量不連續(xù)。取兩個(gè)電介質(zhì)層電場的平均量為等效垂直分量，即x1x2xE=E=E(110a)z1z2zE=E=E(110b)y11y22yE=fE+fE(110c)其中1f和2f為兩種介質(zhì)的填充率，表達(dá)式為1112f=d/(d+d)和2212f=d/(d+d)。因?yàn)殡娢灰圃诖怪苯缑娣至渴沁B續(xù)的，而平行于界面分量是不連續(xù)的，所以取兩個(gè)電介質(zhì)層電位移的平均量為等效平行分量，即

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非常偏振光在單軸晶體表面的反射-透射研究[J]. 宋哲,劉立人,周煜,劉德安.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2004(12)



本文編號(hào)：3599232