【摘要】：基于金屬、石墨烯以及電介質(zhì)等材料的周期性亞波長結(jié)構(gòu)的光子學(xué)器件由于在集成光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力引起了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。利用不同形狀的周期性結(jié)構(gòu),可在亞波長尺度上實現(xiàn)對入射光振幅、相位以及散射模式的調(diào)制。本文研究了金屬石墨烯納米結(jié)構(gòu)以及高對比度光柵的光學(xué)特性,并提出了偏振無關(guān)的表面等離子體波誘導(dǎo)透明超表面、動態(tài)可調(diào)的雙金屬納米線天線以及基于高對比度亞波長光柵的光學(xué)求導(dǎo)器。主要內(nèi)容如下:基于金屬-石墨烯耦合結(jié)構(gòu),提出了一種偏振無關(guān)的主動可調(diào)的表面等離子體波誘導(dǎo)透明超表面器件。超表面由尺寸不同的旋轉(zhuǎn)對稱的c-SRRs納米金屬結(jié)構(gòu)陣列置于石墨烯梳上構(gòu)成。采用了有限時域差分方法模擬研究了超表面在入射光下的共振模式和透射光譜,并采用耦合洛倫茲振子模型解釋了誘導(dǎo)透明效應(yīng)的物理機制。超表面利用兩種不同尺寸的金屬結(jié)構(gòu)陣列,實現(xiàn)了雙通道的誘導(dǎo)透明效應(yīng),且誘導(dǎo)透明效應(yīng)可通過梳狀的石墨烯層分別主動調(diào)制。該超表面的單元結(jié)構(gòu)具有旋轉(zhuǎn)對稱性,使其對入射光場的各個偏振方向具有相同的光學(xué)響應(yīng),減少了器件的偏振損耗。提出基于雙金屬納米線與石墨烯耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)表面等離子體波納米天線。納米天線由相同的雙納米金屬納米線置于分離的石墨烯層上構(gòu)成。雙金屬納米線天線的單方向散射特性可類比為兩個相干點光源的相互干涉,其散射場在一方向干涉增強,而在反方向干涉相消。采用有限時域差分方法模擬研究了金屬納米線的共振模式和天線在入射光下的空間三維散射場分布。通過石墨烯層的費米能主動調(diào)控金屬納米線的共振模式,打破納米天線的對稱性,由金屬納米線共振模式之間的干涉產(chǎn)生了單方向側(cè)向散射現(xiàn)象,而且其散射方向可通過調(diào)節(jié)石墨烯費米能進行左右切換。該可調(diào)的納米天線提供了有效的方法進行光束散射控制,能夠廣泛應(yīng)用于集成光路和光通信領(lǐng)域。提出基于亞波長的高對比度硅光柵的光學(xué)求導(dǎo)器。將亞波長光柵看作周期性波導(dǎo),理論推導(dǎo)了光柵的空間頻譜傳遞函數(shù),滿足對入射光場空間分布的一維求導(dǎo)條件�；谟邢迺r域差分方法,模擬了不同尺寸的高對比度光柵的求導(dǎo)性能,分析光柵求導(dǎo)器對結(jié)構(gòu)尺寸的容差。采用多靶磁控濺射在石英玻璃基底上沉積了硅薄膜,結(jié)合電子束曝光和深硅刻蝕技術(shù),加工了納米級厚度的亞波長高對比度光柵。通過CCD拍攝光柵樣品的透射強度分布,實現(xiàn)了對入射光束的空間求導(dǎo)。將不同的圖像投影成像于高對比度光柵上,實現(xiàn)了對圖像的邊緣提取。高對比度光柵求導(dǎo)器結(jié)構(gòu)簡單,易于光學(xué)實現(xiàn),能夠廣泛應(yīng)用于光學(xué)計算、并行數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域。
【圖文】：

交通大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章減不再是表面等離子體波器件中的顯著問題，這為集成光子學(xué)器件拓寬了道路面等離子體波傳播中被金屬吸收帶來的損耗，在表面等離子體波器件中還要避的輻射損耗，防止表面等離子體波能量不必要地散射到自由空間。過去的幾十年中，光子學(xué)一項重要的發(fā)展就是光子帶隙材料的研究。光子帶隙波長尺度的周期性結(jié)構(gòu)來操控光和物質(zhì)的相互作用，以此來構(gòu)建新型的光子其中突出的一種結(jié)構(gòu)就是光子晶體光纖。光子晶體光纖主要采用周期性結(jié)構(gòu)的者半導(dǎo)體材料，而利用表面等離子體波之后，金屬被用于光子帶隙材料。表面波的傳播特性會隨周期結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。當納米結(jié)構(gòu)的周期為表面等離子體波波時，由于散射會引起表面等離子體波駐波的形成，并產(chǎn)生表面等離子體波禁帶1 2 所示。由于表面電荷分布和電磁場的不同，表面等離子體波在同一入射光波

位論文 其光學(xué)電導(dǎo)率最小。石墨烯除了具有可調(diào)光學(xué)性質(zhì)外目前石墨烯樣品中得到的最高的載流子遷移率達到超平石墨烯層載流子遷移率達2�；に嚨募嫒菪院头�(wěn)定性，促使了硅基光子學(xué)平臺，，例如光通信數(shù)據(jù)鏈中的光電探測器、硅波導(dǎo)中體波器件中加入石墨烯同樣可實現(xiàn)動態(tài)調(diào)制功能。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TN15

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