為改善石墨烯的光吸收性能并實現(xiàn)多通道吸收,提出一種含間隔層的光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)。利用4×4傳輸矩陣法研究了設(shè)計波長、外磁場、費米能量和光子晶體周期數(shù)等參數(shù)對該結(jié)構(gòu)吸收特性的影響。結(jié)果表明:由于石墨烯的磁光效應(yīng),在外磁場的作用下該結(jié)構(gòu)的吸收特性表現(xiàn)出一定的磁圓二色性,且其多通道吸收特性可通過外磁場和費米能量來實現(xiàn)調(diào)節(jié);吸收通道數(shù)和位置可通過設(shè)計波長、間隔層厚度和光子晶體的周期數(shù)等參數(shù)來調(diào)節(jié)。研究結(jié)果可為基于石墨烯的多通道光吸收器和磁圓二色性傳感器等器件的設(shè)計提供參考。 

【文章來源】：中國科技論文. 2020,15(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

石墨烯加載光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖

本研究再次考察在結(jié)構(gòu)G(H1L1)MD(H2L2)N中的光子晶體周期單元數(shù)M和N對多通道吸收特性的影響。計算結(jié)果表明,增大N和M均可使吸收帶的數(shù)目增大,但相對而言,周期數(shù)M對吸收譜具有更大的影響。圖7給出了N=10時周期數(shù)M對吸收譜的影響,可以看出,M越大,吸收通道數(shù)就越多。在實際中,可根據(jù)所需要的吸收通道數(shù)來選擇光子晶體的周期數(shù)。間隔層D的厚度對吸收譜的影響,如圖8所示。計算中,B=4 T,EF=-1.0 eV,間隔層厚度dD以λc=λ10/nD為單位。由圖8可以看出,dD對2種圓偏振光的影響基本是一致的。還可看出,當(dāng)dD=0時,即無間隔層D時,依然可以實現(xiàn)多通道吸收。但由圖8可知,添加間隔層,通過調(diào)節(jié)其厚度,可在一定程度上實現(xiàn)對吸收通道數(shù)和通道位置的調(diào)節(jié)。

設(shè)入射光為線偏振光,對G(H1L1)MD(H2L2)N和G(H2L2)ND(H1L1)M這2種光學(xué)結(jié)構(gòu)利用4×4傳輸矩陣法計算得到如圖2所示的吸收譜。2種結(jié)構(gòu)的差異在于構(gòu)成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的兩光子晶體的前后順序不同。為了比較,圖2還給出了Kang等[8]所提出的結(jié)構(gòu)(表示為G(HL)MD(LH)M)在當(dāng)前所采用的介電模型下的吸收譜。類似于文獻[16],電介質(zhì)材料D、H、L分別采用SiC、Si、SiO2。計算中,光子晶體的周期單元數(shù)均取為10,而石墨烯的相關(guān)參數(shù)取值如下:費米能量EF=-0.34 eV,費米速度vF=1×106 m/s,散射率Γ=10 meV/h,外磁場B=3 T。除石墨烯外,其他各層材料的光學(xué)厚度滿足nDdD=nHdH=nLdL=nHdH1=nLdL1=λ10/4和nHdH2=nLdL2=λ20/4,本文λ10和λ20為設(shè)計波長。與文獻[16]類似,取λ10=70 μm,λ20=90 μm。線偏振光可以看作由2個旋向相反的左、右旋圓偏振光疊加而成。在外磁場的作用下,由圖2可以看出,左旋圓偏振光(LCP)和右旋圓偏振光(RCP)在各種結(jié)構(gòu)中傳播時,吸收特性存在一定的差異。在當(dāng)前計算參數(shù)下,左旋圓偏振光的吸收率要大于右旋圓偏振光的吸收率,表現(xiàn)出一定的磁圓二色性。2種圓偏振光的吸收存在一定的差異與石墨烯的介電張量元有關(guān)。在計算中,除石墨烯外,均沒有考慮其他介質(zhì)材料的吸收,因此圖2所示3種結(jié)構(gòu)的吸收完全是由石墨烯完成的。在當(dāng)前參數(shù)下,式(2)所給出的2個介電張量元的虛部在量值上是不同的。石墨烯的吸收特性與其介電張量密切相關(guān),而2種圓偏振光所依賴的介電張量元存在一定的差異,正是這種差異,使得在當(dāng)前參數(shù)下左旋圓偏振光的吸收率要大于右旋圓偏振光的吸收率。

【參考文獻】：
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本文編號：3507374