在法布里-珀羅諧振腔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)電磁波和石墨烯中等離激元的耦合并形成等離極化激元.利用麥克斯韋方程結(jié)合邊界條件得到了諧振腔中的電磁模式,研究了處于諧振腔中的石墨烯對腔模電磁波的影響,發(fā)現(xiàn)在太赫茲頻段內(nèi),石墨烯的存在對腔模的影響較小.同時,利用麥克斯韋方程得到了諧振腔中石墨烯等離極化激元模式,發(fā)現(xiàn)諧振腔中石墨烯等離極化激元模式只能在諧振腔內(nèi)以相對較大的波矢q存在. 

【文章來源】：山西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,34(02)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

裝置示意圖:放在襯底Si O2上的石墨烯系統(tǒng)處于法布里-珀羅諧振腔中．諧振腔的長度為L,PL和Po L分別表示石墨烯中的等離激元和耦合形成的等離極化激元模式

眾所周知，在石墨烯中由于雜質(zhì)和聲子散射導(dǎo)致的電子的室溫動量弛豫時間是τ=0.1 ps[23]．同樣τ也和石墨烯的電子密度有關(guān)[24]．在圖2中，我們給出了固定腔長下，腔內(nèi)存在石墨烯層和不存在石墨烯層時的基態(tài)腔模的色散關(guān)系．q和kx分別是石墨烯中等離激元的波矢和入射光在石墨烯平面內(nèi)的波矢．從圖中可以看到:(1)低頻腔模受石墨烯層的影響相對較大，而較高頻率的腔模受石墨烯的影響較�。�(2)隨著石墨烯中電子弛豫時間的增加，石墨烯層對低頻腔模的影響變大．(3)總體來看，在太赫茲頻段內(nèi)，石墨烯的存在對腔模的影響較�。�(4)相同電子密度的情況下，無規(guī)項(xiàng)近似下(RPA)得到的等離激元色散關(guān)系曲線可以和在非高頻近似的情況下得到的腔模色散曲線相交，因此兩者可以在石墨烯平面內(nèi)發(fā)生耦合．(5)圖2中短-點(diǎn)-點(diǎn)虛線對應(yīng)方程(9)的高頻極限結(jié)果．即當(dāng)ωτ>>1時，方程(9)中的光電導(dǎo)率σ(ω)取為圖3 實(shí)線:自由光子的色散關(guān)系曲線ω=cq．短、點(diǎn)、短-點(diǎn)虛線分別是τ>>1 ps，τ=1 ps和τ=0.5 ps時石墨烯等離極化激元模式的色散關(guān)系．

圖2 ωp是無規(guī)項(xiàng)近似下(RPA)石墨烯中等離激元的色散曲線．基態(tài)腔模的色散關(guān)系:實(shí)線對應(yīng)腔內(nèi)不存在石墨烯的情況(方程(5)的結(jié)果);其他線對應(yīng)腔內(nèi)存在石墨烯的情況(方程(9)的結(jié)果)，其中短-點(diǎn)-點(diǎn)虛線為方程(9)(ωτ>>1)取高頻近似下的結(jié)果;短-點(diǎn)、短、點(diǎn)虛線對應(yīng)電子弛豫時間分別為τ=1.0 ps、0.5 ps、0.2 ps的情況．其值和τ無關(guān)．可以看到在高頻近似的情況下，等離激元的色散曲線和腔模色散曲線不能相交．需要注意的是，在石墨烯中導(dǎo)帶內(nèi)電子的躍遷主要發(fā)生在入射光的THz頻段內(nèi)，因此在THz頻段內(nèi)和室溫條件下，石墨烯中可以保證ωτ≈1，而高頻極限D(zhuǎn)rude公式不能用于表示石墨烯中帶內(nèi)躍遷通道產(chǎn)生的光電導(dǎo)率．因此在高頻近似的情況下，由于光電導(dǎo)率被高估，等離激元的色散曲線和腔模色散曲線不能相交．


本文編號：3293365