本文關(guān)鍵詞：光學(xué)超材料與單層石墨烯相互作用的研究

  更多相關(guān)文章： 雙曲超材料 拉曼光譜 鈣鈦礦微型激光器 閾值 激子束縛能 俄歇復(fù)合

【摘要】：超材料(metamaterials)的研究是一個(gè)新興的領(lǐng)域,近年來隨著制備技術(shù)的發(fā)展,超材料已得到了廣泛的關(guān)注和較為普遍的應(yīng)用。超材料也屬于材料的范疇,它的原材料來源于自然界,將自然界存在的一些材料通過人工復(fù)合、加工,使得結(jié)構(gòu)單元的尺寸遠(yuǎn)小于入射光的波長,從而產(chǎn)生了天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)。如今超材料已逐漸成為國際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一,在各個(gè)研究領(lǐng)域得到廣泛的認(rèn)知和追捧。關(guān)于超材料的研究,包含了成像、隱身、傳感、波導(dǎo)等各方面的應(yīng)用,在光學(xué)工程和材料科學(xué)的領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注。本文中光學(xué)超材料與單層石墨烯的相互作用的研究,正是利用了光學(xué)超材料對(duì)光特有的局域效果,和石墨烯之間產(chǎn)生的相互調(diào)控。本文設(shè)計(jì)了一種多層膜雙曲超材料,利用雙曲超材料的特性調(diào)控石墨烯的拉曼信號(hào),使得石墨烯的拉曼光譜信號(hào)增強(qiáng)。這種多層膜結(jié)構(gòu)在制備上比較簡(jiǎn)單,并且增強(qiáng)效果明顯。研究過程中,首先運(yùn)用電磁仿真軟件COMSOL設(shè)計(jì)金屬-介質(zhì)周期性堆疊的多層膜結(jié)構(gòu),模擬計(jì)算最上層介質(zhì)層,即表面間隔層的厚度對(duì)近場(chǎng)強(qiáng)度的影響,從而間接的說明了對(duì)拉曼強(qiáng)度的影響。然后利用電子束蒸鍍制備多層膜結(jié)構(gòu),使用橢偏儀測(cè)得折射率和消光系數(shù),用等效媒介理論擬合出水平和垂直方向的介電常數(shù)。通過介電常數(shù)的各向異性來判別制備的結(jié)構(gòu)在拉曼光譜儀激發(fā)光的波長514 nm處是否具有雙曲特性,從而斷定制備的結(jié)構(gòu)是否為雙曲超材料。最后通過濕法轉(zhuǎn)移,在多層膜結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)移單層石墨烯,利用拉曼光譜儀測(cè)得石墨烯的拉曼光譜,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,得出結(jié)論。本文也提出了利用石墨烯的改性提高鈣鈦礦微型激光器性能的方法,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了石墨烯能夠有效的降低鹵化鉛鈣鈦礦微腔的激光閾值、增大輸出激光的強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)研究過程中,首先,通過濕法轉(zhuǎn)移,將裁剪尺寸合適的單層石墨烯轉(zhuǎn)移到清洗后的玻璃片上。利用化學(xué)合成法合成鈣鈦礦棒狀結(jié)構(gòu)。然后,利用飛秒激光器發(fā)射出400 nm的激光垂直入射泵浦單個(gè)鈣鈦礦微米級(jí)棒狀結(jié)構(gòu),測(cè)得不同強(qiáng)度的激光下的光譜。通過數(shù)據(jù)處理,積分?jǐn)M合出閾值曲線。對(duì)比同一個(gè)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)分別處于普通玻璃基底和石墨烯上的閾值曲線,得出結(jié)論。同時(shí)運(yùn)用COMSOL電磁仿真軟件,對(duì)所測(cè)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)進(jìn)行模式分析,求得Q值,并且對(duì)有無石墨烯的情況進(jìn)行對(duì)比。最后我們通過低溫裝置測(cè)得兩種情況下的激子束縛能,首次提出了用俄歇復(fù)合的理論解釋了這種調(diào)控的原因。
【關(guān)鍵詞】：雙曲超材料 拉曼光譜 鈣鈦礦微型激光器 閾值 激子束縛能 俄歇復(fù)合
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB34
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題的研究背景以及研究目的和意義9-11
• 1.2 雙曲超材料的研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 雙曲超材料的簡(jiǎn)介11-12
• 1.2.2 雙曲超材料的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 雙曲超材料的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景15-16
• 1.3 鈣鈦礦微型激光器的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 鈣鈦礦簡(jiǎn)介16-17
• 1.3.2 石墨烯簡(jiǎn)介17-18
• 1.3.3 鹵化鉛鈣鈦礦的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景18-20
• 1.4 本章小結(jié)20-21
• 第2章 多層膜雙曲超材料的設(shè)計(jì)與制備21-28
• 2.1 多層膜雙曲超材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-22
• 2.1.1 結(jié)構(gòu)材料的選擇以及厚度的設(shè)計(jì)21-22
• 2.1.2 雙曲超材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22
• 2.2 等效介電常數(shù)的測(cè)量和計(jì)算22-25
• 2.3 多層膜雙曲線超材料的制備25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章多層膜雙曲超材料對(duì)石墨烯的拉曼增強(qiáng)28-36
• 3.1 模擬設(shè)計(jì)不同厚度的潤濕層對(duì)拉曼增強(qiáng)效果的影響28-30
• 3.2 轉(zhuǎn)移石墨烯以及單層石墨烯的表征30-34
• 3.2.1 石墨烯的轉(zhuǎn)移30-33
• 3.2.2 石墨烯的拉曼表征33-34
• 3.3 雙曲超材料對(duì)石墨烯的拉曼增強(qiáng)34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 鈣鈦礦微型激光器的設(shè)計(jì)與制備36-40
• 4.1 鈣鈦礦微型激光器的制備36-38
• 4.2 鈣鈦礦微米級(jí)激光器的性能特點(diǎn)38-39
• 4.3 本章小結(jié)39-40
• 第5章 利用石墨烯抑制鈣鈦礦的俄歇復(fù)合40-50
• 5.1 俄歇復(fù)合機(jī)理40-41
• 5.2 濕法轉(zhuǎn)移石墨烯41-42
• 5.3 石墨烯降低鈣鈦礦的俄歇復(fù)合42-49
• 5.3.1 閾值和Q值的光學(xué)測(cè)量42-44
• 5.3.2 鈣鈦礦光學(xué)微腔的數(shù)值模擬分析44-46
• 5.3.3 石墨烯降低鈣鈦礦的俄歇復(fù)合46-49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-56
• 碩士期間發(fā)表的論文及成果56-58
• 致謝58

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本文編號(hào)：640669