發(fā)布時(shí)間：2020-08-09 02:15

【摘要】：隨著社會(huì)的快速發(fā)展,現(xiàn)如今人們已經(jīng)邁入了高速信息化和大數(shù)據(jù)的新時(shí)代,因而傳統(tǒng)信息技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)數(shù)字信息傳輸?shù)囊蟆ｋS之而來的信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的不斷革新和發(fā)展,高速集成化、小尺寸光學(xué)器件逐漸為人們所利用,這些器件在克服光學(xué)衍射極限方面有了很大的進(jìn)展,例如,基于表面等離激元的光學(xué)器件能夠?qū)㈦姶挪ㄊ`于金屬表面,并可以實(shí)現(xiàn)在納米尺度上對(duì)電磁波的傳輸進(jìn)行操控。一般而言,一旦支持金屬表面等離激元傳輸?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)確定,它的光學(xué)性質(zhì)就很難發(fā)生改變,除非納米金屬結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)發(fā)生改變。因此,如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可調(diào)吸引了科學(xué)家的極大關(guān)注。近幾年來,一種新型特殊材料石墨烯的出現(xiàn)為本文實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)光學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)可調(diào)提供了一條新的途徑。本文的所有結(jié)論是建立在石墨烯等離激元結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,利用時(shí)域有限差分法對(duì)構(gòu)建等離激元誘導(dǎo)吸收效應(yīng)進(jìn)行了深入的研究,本文的工作以及結(jié)論如下:提出了一個(gè)由單層石墨烯、Al_2O_3隔離層和銀溝槽組成的新型結(jié)構(gòu)。平面入射光垂直入射到本文的結(jié)構(gòu)上面,激發(fā)了單層石墨烯的準(zhǔn)波導(dǎo)模式和銀溝槽的法布里-珀羅共振模式,這兩種模式之間的相長(zhǎng)干涉導(dǎo)致了等離激元誘導(dǎo)吸收效應(yīng)。數(shù)值模擬揭示了本文的結(jié)構(gòu)比以前的至少三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先,消光比可以達(dá)到99.999%,導(dǎo)致高達(dá)10~6的傳感靈敏度(FOM*)。其次,通過改變耦合距離可以動(dòng)態(tài)優(yōu)化這種等離激元誘導(dǎo)透明效應(yīng)(PIA)的強(qiáng)度。第三,通過改變石墨烯費(fèi)米能級(jí)可以實(shí)現(xiàn)共振頻率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可能在動(dòng)態(tài)光學(xué)開關(guān)和生化傳感中具有潛在的應(yīng)用。展示了一個(gè)超緊湊石墨烯波導(dǎo)系統(tǒng)中的等離激元誘導(dǎo)吸收效應(yīng),它是由帶有兩個(gè)空氣腔石墨烯波導(dǎo)和邊耦合的石墨烯納米條帶組成。通過設(shè)計(jì)兩個(gè)相干光學(xué)路徑,由于兩個(gè)石墨烯納米條帶所支持的輻射和亞輻射模式之間的極度破壞性干擾,可以在透射譜中實(shí)現(xiàn)顯著的等離激元誘導(dǎo)吸收效應(yīng)。共振強(qiáng)度對(duì)兩個(gè)石墨烯納米條帶之間的耦合距離有強(qiáng)烈的依賴,并且可以通過改變石墨烯納米條帶的費(fèi)米能級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)共振波長(zhǎng)。此外,可以在吸收窗口達(dá)到-0.14 ps的群延遲時(shí)間,這表明了獨(dú)特的快光特性。另外,還通過引入另一種石墨烯納米條帶引起雙PIA現(xiàn)象。本文的結(jié)果可能為在超緊湊型等離激元激元器件設(shè)計(jì)中控制光信號(hào)傳輸鋪平道路。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11
【圖文】：

圖 1.1 p 偏振光入射到介質(zhì)-金屬表面的截面示意圖。文獻(xiàn)[1以大于臨界角 的入射角射入平面上，在界面?zhèn)鞑サ挠谌肷湓诮缑嫔系?p 偏振波，振蕩電場(chǎng)將在金屬和電面電荷，并且表面電荷經(jīng)歷集體振蕩。盡管波在界面在振蕩電荷，這些振蕩電荷會(huì)使輻射場(chǎng)穿透進(jìn)入金屬在垂直于界面的方向上是空間衰減場(chǎng)，也就是本文通.2 所示）。在臨界角，衰減長(zhǎng)度是無限的，但隨著入度迅速下降到光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)。在這些情況下，入射用于將輻射耦合到 SPP。

圖 1.1 p 偏振光入射到介質(zhì)-金屬表面的截面示意圖。文獻(xiàn)[17]當(dāng)入射光以大于臨界角 的入射角射入平面上，在界面?zhèn)鞑サ哪芰恳冉饘僦幸�。�?duì)于入射在界面上的 p 偏振波，振蕩電場(chǎng)將在金屬和電介質(zhì)之間的界面處引起表面電荷，并且表面電荷經(jīng)歷集體振蕩。盡管波在界面處被完全反射，但是仍存在振蕩電荷，這些振蕩電荷會(huì)使輻射場(chǎng)穿透進(jìn)入金屬。振蕩電荷產(chǎn)生的電磁波在垂直于界面的方向上是空間衰減場(chǎng)，也就是本文通常所說的消逝場(chǎng)（如圖 1.2 所示）。在臨界角，衰減長(zhǎng)度是無限的，但隨著入射角進(jìn)一步增加，衰減長(zhǎng)度迅速下降到光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)。在這些情況下，入射波超出臨界角的瞬逝場(chǎng)可用于將輻射耦合到 SPP。

圖 1.3 SPP 波的色散曲線。是 SPP 波矢和自由空間波矢，對(duì)于相同頻率，SPP 波的間光子的光的動(dòng)量。文獻(xiàn)[17]線表現(xiàn)出非線性特征（如圖 1.3 所示）。對(duì)于相動(dòng)量小于表面等離激元波的動(dòng)量，這導(dǎo)致光與表這種不匹配必須通過在界面處光和 SPP 耦合模式 = 0 生集體振蕩并且 SPP 可以被激發(fā)。介電常數(shù)為 = 1 2 2元的頻率。對(duì)于許多金屬來說，頻率在紫外線波屬不再具有金屬性。根據(jù)等式(1.19)和(1.20)，SP

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 秦康;基于石墨烯表面等離子體的太赫茲器件的研究[D];中國(guó)計(jì)量學(xué)院;2016年

本文編號(hào)：2786446