為改善石墨烯的光吸收性能并實現多通道吸收,提出一種含間隔層的光子晶體異質結構。利用4×4傳輸矩陣法研究了設計波長、外磁場、費米能量和光子晶體周期數等參數對該結構吸收特性的影響。結果表明:由于石墨烯的磁光效應,在外磁場的作用下該結構的吸收特性表現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調節(jié);吸收通道數和位置可通過設計波長、間隔層厚度和光子晶體的周期數等參數來調節(jié)。研究結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】：5 頁

【部分圖文】：

石墨烯加載光子晶體結構示意圖

本研究再次考察在結構G(H1L1)MD(H2L2)N中的光子晶體周期單元數M和N對多通道吸收特性的影響。計算結果表明,增大N和M均可使吸收帶的數目增大,但相對而言,周期數M對吸收譜具有更大的影響。圖7給出了N=10時周期數M對吸收譜的影響,可以看出,M越大,吸收通道數就越多。在實際中,可根據所需要的吸收通道數來選擇光子晶體的周期數。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dD=0時,即無間隔層D時,依然可以實現多通道吸收。但由圖8可知,添加間隔層,通過調節(jié)其厚度,可在一定程度上實現對吸收通道數和通道位置的調節(jié)。

設入射光為線偏振光,對G(H1L1)MD(H2L2)N和G(H2L2)ND(H1L1)M這2種光學結構利用4×4傳輸矩陣法計算得到如圖2所示的吸收譜。2種結構的差異在于構成異質結構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]所提出的結構(表示為G(HL)MD(LH)M)在當前所采用的介電模型下的吸收譜。類似于文獻[16],電介質材料D、H、L分別采用SiC、Si、SiO2。計算中,光子晶體的周期單元數均取為10,而石墨烯的相關參數取值如下: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厚度滿足nDdD=nHdH=nLdL=nHdH1=nLdL1=λ10/4和nHdH2=nLdL2=λ20/4,本文λ10和λ20為設計波長。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)在各種結構中傳播時,吸收特性存在一定的差異。在當前計算參數下,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。在計算中,除石墨烯外,均沒有考慮其他介質材料的吸收,因此圖2所示3種結構的吸收完全是由石墨烯完成的。在當前參數下,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,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,使得在當前參數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