石墨烯作為一種單碳原子二維材料,具有獨特的零帶隙能帶結構,表現(xiàn)出了優(yōu)異的光學、電學等特性,這些特性使得石墨烯在光電領域具有廣泛的應用前景。然而,石墨烯在近紅外和可見光波段與電磁波的相互作用較弱,吸收率只有2.3%左右,這限制了石墨烯在光電探測、光調(diào)制等領域的應用。這種限制主要體現(xiàn)在兩個方面:一是該波段內(nèi)石墨烯對電磁波能量的吸收率不足,這限制了將石墨烯作為反應層用于光探測器、光伏器件等的應用;二是石墨烯對電磁波吸收率調(diào)控效果的不足,這限制了將石墨烯作為可調(diào)材料用于光調(diào)制器的應用。本論文基于納米超材料結構的磁激元共振(Magnetic Polaritons,MPs)效應,設計了一種金屬-介質(zhì)-金屬-石墨烯(Metal-dielectric-metal-Graphene,MDMG)結構的石墨烯吸收增強模型。該結構可以在石墨烯周圍產(chǎn)生局域的場增強,結果表明石墨烯在近紅外波段特定波長可以實現(xiàn)55%的吸收率,這是懸空狀態(tài)下石墨烯吸收率的24倍。這種石墨烯增強吸收的效果具有入射角度的不依賴性,并且石墨烯的吸收譜可以通過改變結構的幾何參數(shù)實現(xiàn)調(diào)節(jié)。通過優(yōu)化石墨烯層位置和增加石墨烯層數(shù),可以進一步提高石...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 石墨烯增強吸收效應的研究進展
    1.3 石墨烯調(diào)制吸收效應的研究進展
    1.4 本論文的研究內(nèi)容及意義
第二章 石墨烯與磁激元共振的基本理論
    2.1 石墨烯的基本理論
        2.1.1 石墨烯的基本結構與性質(zhì)
        2.1.2 Hanson和Falkovsky的電導率模型
    2.2 超材料吸收體原理
        2.2.1 電磁超材料
        2.2.2 磁激元共振理論
        2.2.3 等效介質(zhì)理論
        2.2.4 等效RC電路模型
    2.3 本章小結
第三章 石墨烯-金屬納米帶結構吸收體
    3.1 引言
    3.2 MDMG結構石墨烯吸收增強模型
        3.2.1 結構與物理模型
        3.2.2 極化特性和物理機制
        3.2.3 幾何參數(shù)調(diào)控
        3.2.4 入射角度影響
    3.3 MDGM結構和MDGMG結構吸收增強模型
    3.4 MDMG寬帶吸收模型
    3.5 本章小結
第四章 混合二維淺光柵結構光調(diào)控模型
    4.1 引言
    4.2 結構與物理模型
    4.3 混合二維淺光柵結構吸收特性
        4.3.1 角度特性和物理機制
        4.3.2 幾何參數(shù)的調(diào)控
    4.4 混合二維淺光柵結構光調(diào)制特性
        4.4.1 石墨烯化學勢動態(tài)可調(diào)
        4.4.2 光調(diào)制的實現(xiàn)
        4.4.3 入射角度影響
    4.5 COMSOL仿真中石墨烯模型定義的討論
    4.6 本章小結
第五章 結論與展望
    5.1 論文總結
    5.2 工作展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的成果



本文編號：3796521