表面等離激元（Surface Plasmons,SPs）是金屬表面自由電子和入射光子相互作用形成的一種電磁振蕩。表面等離激元不僅具有可突破衍射極限、局域場增強(qiáng)等特性,而且可以在納米尺度下實(shí)現(xiàn)對光的操縱,這為開發(fā)新型納米集成光子器件提供了巨大潛力。近年來,科研人員提出和設(shè)計(jì)了許多基于表面等離激元的光子學(xué)器件,它們在完美吸收器、寬帶調(diào)制器、濾波器、化學(xué)生物傳感等方面具有廣泛的應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)的金屬表面等離激元由于具有較高的歐姆損耗和無法動態(tài)可調(diào)等缺點(diǎn),限制了其在光子學(xué)集成領(lǐng)域的應(yīng)用,而石墨烯等離激元獨(dú)特的光學(xué)特性、可調(diào)性以及強(qiáng)電磁場局域性使其成為近年來的研究熱點(diǎn)。本文主要針對石墨烯等離激元（Graphene Surface Plasmons,GSPs）的基本原理、光學(xué)特性、調(diào)控方式等展開了研究�；谏鲜隼碚�,設(shè)計(jì)了兩種不同石墨烯結(jié)構(gòu)的完美吸收器,并利用有限元法對提出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬和分析,探究了其主要的工作原理、幾何參數(shù)和費(fèi)米能級對該結(jié)構(gòu)吸收光譜的影響。主要內(nèi)容如下:1.簡要介紹了表面等離子體激元的基本性質(zhì)、激發(fā)方式以及局域表面等離子體激元的性質(zhì);2.首先介紹了石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu)及其光... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：51 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)表面等離子體激元的示意圖

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文3當(dāng)z>0時(shí)，電磁場可以表示為：ikxzkzHzeeAx11y),(1-(4)xikzkdxxzeeiAzxE11011),(1-(5)xikzkdxzxzeekiAzxE11021),(1-(6)當(dāng)z<0時(shí)ikxzkzHzeeAx22y),（1-(7)xikzkdxxzeeiAzxE21021),(1-(8)xikzkdxzxzeekiAzxE21021),(1-(9)其中介質(zhì)沿著z方向的波矢dxzkkk2021，金屬沿著z方向的波矢mxzkkk2022，根據(jù)金屬和電介質(zhì)處的邊界條件得到21AA以及：mdzzkk211-(10)將z1k和z2k代入，求得到沿著金屬介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ谋砻娴入x子體激元的色散關(guān)系為：mdmd0kkx1-(11)而對于TE模式，由于不存在束縛解，所以傳播的表面等離子體激元只存在于TM模式下。圖1.2SPPs的色散曲線如圖1.2所示，表面等離子體激元的色散曲線（實(shí)線）始終位于自由空間光色散曲線（虛線）的右側(cè)，即表面等離子體激元的波矢大于自由空間中相同頻率的光波矢。

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文51.2.2表面等離子體激元的激發(fā)方式圖1.3(a)Kretschmann結(jié)構(gòu)(b)Otto結(jié)構(gòu)(c)SNOM探針激發(fā)(d)表面結(jié)構(gòu)衍射激發(fā)(e)光柵結(jié)構(gòu)[10]目前激發(fā)SPPs的主要方式包括棱鏡耦合、近場耦合和光柵耦合[12-14]。(1)棱鏡耦合，最常見的方式包括Kretschmann結(jié)構(gòu)和Otto結(jié)構(gòu)，圖1.3(a)為Kretschmann結(jié)構(gòu)，由覆蓋在棱鏡上的金屬薄膜和兩種不同的電介質(zhì)構(gòu)成，當(dāng)入射光的入射角度大于臨界角時(shí)，會在棱鏡和金屬的分界面發(fā)生全反射并產(chǎn)生倏逝波，當(dāng)倏逝波的平面波矢與金屬/電介質(zhì)界面處的SPPs的波矢量kspp相一致時(shí)，即sin0psppnkk（0k為入射光的波矢量，棱鏡折射率為pn），就會激發(fā)金屬和空氣界面處的SPPs。在Otto結(jié)構(gòu)（圖1.3b）中，在反射棱鏡和金屬薄膜間設(shè)置了一層狹窄的空氣間隙，通過在棱鏡和空氣界面處發(fā)生全反射產(chǎn)生的倏逝波來滿足波矢匹配，從而激發(fā)金屬/空氣界

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Vacuum ultraviolet photovoltaic arrays[J]. WEI ZHENG,RICHENG LIN,LEMIN JIA,FENG HUANG.  Photonics Research. 2019(01)



本文編號：3604648