為了改善石墨烯的吸收性能,基于石墨烯的磁光效應(yīng),提出了一種采用磁性材料構(gòu)成的光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)。該光學(xué)結(jié)構(gòu)可使石墨烯實現(xiàn)多帶吸收。吸收帶的數(shù)目可通過改變光子晶體的周期數(shù)來調(diào)節(jié)。利用4×4傳輸矩陣法數(shù)值研究了該光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)對石墨烯吸收率的影響。結(jié)果表明:石墨烯的吸收特性表現(xiàn)出一定的磁圓二色性。但通過調(diào)節(jié)費米能量,在外磁場的作用,左旋圓偏振光和右旋圓偏振光均可具有較高的吸收率。研究結(jié)果為偏振光學(xué)領(lǐng)域石墨烯基新型光子學(xué)器件的設(shè)計制作提供了理論依據(jù)。 

【文章來源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(21)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖

在一定的結(jié)構(gòu)參數(shù)下,利用4×4傳輸矩陣法,計算得到幾種光學(xué)結(jié)構(gòu)的吸收譜如圖2所示。設(shè)垂直入射的光波為線偏振光。線偏振光可以分解為兩個旋向相反的左、右旋圓偏振光。左旋圓偏振(left-handed circularly polarized,LCP)光和右旋圓偏振 (right-handed circularly polarized,RCP,)光在不同的光學(xué)結(jié)構(gòu)中傳播時,吸收特性會存在一定的差異。由計算結(jié)果可以看出,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。計算中,光子晶體的周期數(shù)P、Q均取10,磁性材料M為Ce:YIG,其介電張量元εxx=4.884,εxy=0.009i[16]。計算中和石墨烯的相關(guān)參數(shù)取值:費米速度vF=1×106 m/s,散射率Γ=20π meV/h。2個石墨烯層的費米能量EF均取-0.34 eV[8]。計算中除石墨烯外,其他各層材料的光學(xué)厚度滿足nMdM1=nHdH1=nLdL1=λ01/4和nMdM2=nHdH2=nLdL2=λ02/4。這里nM(nH, nL)和dM1(dH1, dL1)分別為相關(guān)材料的折射率和幾何厚度;λ01和λ02為設(shè)計波長,λ01=70 μm[8],λ02=90 μm。由圖2(a)可以看出,結(jié)構(gòu)GM1(H1L1)10在設(shè)計波長λ01為中心的波段范圍內(nèi)出現(xiàn)一個寬吸收帶,這一結(jié)果與Rashidi等[8]的計算結(jié)果一致。而對結(jié)構(gòu)GM2(H2L2)10,寬吸收帶則出現(xiàn)在以設(shè)計波長λ02為中心的波段范圍內(nèi)。由圖2可以看出,設(shè)計波長不同寬吸收帶的位置也不同。當(dāng)以上述兩個結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成一個異質(zhì)結(jié)構(gòu),吸收譜發(fā)生了較大的變化,除了原有的寬吸收帶外,又出現(xiàn)多個吸收率較高的窄吸收帶。由計算結(jié)果可以看出,GM1(H1L1)10和GM2(H2L2)10的排列順序不同,吸收譜也不同。當(dāng)把GM1(H1L1)10放置在前面時,以設(shè)計波長λ01為中心的寬吸收帶的位置保持不變,在該寬吸收帶后出現(xiàn)多個窄吸收帶。而把GM2(H2L2)10放置在前面時,以設(shè)計波長λ02為中心的寬吸收帶的位置保持不變,在該寬吸收帶前出現(xiàn)多個明顯的窄吸收帶。綜合圖2可以看出,設(shè)計波長和兩光子晶體結(jié)構(gòu)的排列順序?qū)ξ兆V均有影響,在實際中可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

對所提出的結(jié)構(gòu)GM(H1L1)PGM(H2L2)Q,首先考察一下周期數(shù)P、Q對其吸收特性的影響。設(shè)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中M2的光學(xué)厚度與M1相同,二者均用M表示。圖3為P = 10時周期數(shù)Q對吸收的影響。圖4為Q = 10時周期數(shù)P對吸收的影響。由圖3、圖4可以看出,當(dāng)周期數(shù)P、Q足夠大時,它們的變化幾乎對寬吸收帶沒有影響。對窄吸收帶,P和Q的影響是不同的。這主要表現(xiàn)在吸收帶的個數(shù)上,比較圖3、圖4可以明顯地看出,P越大,窄吸收帶的數(shù)目就越多。圖4 Q=10時周期數(shù)P對吸收譜的影響

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯作為潤滑油添加劑在高溫工況下的摩擦學(xué)性能[J]. 付景國,李思遠(yuǎn),馬圣林,朱新河,王靜思.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2019(11)
[2]金屬-石墨烯光子晶體復(fù)合結(jié)構(gòu)多帶光吸收器設(shè)計中金屬材料的選擇[J]. 武繼江,高金霞.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2019(10)
[3]基于銀納米顆粒/還原氧化石墨烯的復(fù)合物修飾玻碳電極對對硝基苯酚的電化學(xué)檢測[J]. 李垚樺,郝潤芳,桑勝波,李丹,程永強(qiáng).  科學(xué)技術(shù)與工程. 2018(05)
[4]Tunable and multichannel terahertz perfect absorber due to Tamm surface plasmons with graphene[J]. XI WANG,XING JIANG,QI YOU,JUN GUO,XIAOYU DAI,YUANJIANG XIANG.  Photonics Research. 2017(06)



本文編號：3472390