【摘要】：本文主要研究了太赫茲波段下,石墨烯所表現(xiàn)出的金屬性及其非線性光學(xué)響應(yīng)。我們將石墨烯包裹介電柱和石墨烯包裹介電球作為研究模型,在平面波照射情形下,首先分析了體系可調(diào)的光散射特性;然后借助表面等離激元共振對(duì)石墨烯非線性效應(yīng)的增強(qiáng),研究了體系可調(diào)的光學(xué)雙穩(wěn)和光學(xué)多穩(wěn)現(xiàn)象。具體的研究?jī)?nèi)容分為以下幾方面:1.石墨烯包裹介電納米線的光散射特性和光學(xué)雙穩(wěn)基于非線性全波散射理論和非線性準(zhǔn)靜態(tài)理論,我們研究了石墨烯包裹介電柱的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。伴隨著電偶極模式的激發(fā),我們?cè)隗w系的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)譜線中都觀察到了光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。并且,隨著外加強(qiáng)場(chǎng)的引入,非線性全波散射理論證實(shí)了體系還存在一個(gè)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài),這證明了人工可調(diào)諧磁偶極子的存在性。我們還發(fā)現(xiàn),該體系雙穩(wěn)的轉(zhuǎn)換閾值可以通過(guò)改變介電柱的尺寸、介電常數(shù)或者改變石墨烯的化學(xué)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)改變。我們的研究表明了克爾型非線性與石墨烯等離激元間的相互作用,該成果預(yù)示著石墨烯包裹納米線能夠用于制造太赫茲頻段下的全光開(kāi)關(guān)或者納米存儲(chǔ)器。2.石墨烯包裹介電球顆粒的光散射特性和光學(xué)雙穩(wěn)我們建立了非線性電磁理論,該理論包含了用于研究石墨烯包裹介電顆粒光學(xué)多穩(wěn)態(tài)的自洽平均場(chǎng)方法。對(duì)于小顆粒情形,由于電偶極模式的作用,該理論得到結(jié)果與準(zhǔn)靜態(tài)理論下的結(jié)果吻合,我們發(fā)現(xiàn)體系的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)譜線都呈現(xiàn)除了光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。而且,對(duì)于小顆粒情形,強(qiáng)場(chǎng)的引入會(huì)激發(fā)磁偶極模式,從而帶來(lái)體系的另外一個(gè)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。另一方面,對(duì)于大顆粒情形,我們觀察到了光學(xué)三穩(wěn)態(tài)甚至光學(xué)多穩(wěn)態(tài),這是由于高階磁模的貢獻(xiàn)。除此之外,我們證實(shí)了該體系雙穩(wěn)區(qū)間與轉(zhuǎn)換閾值會(huì)跟隨石墨烯的費(fèi)米能級(jí)和顆粒尺寸的改變而改變。我們的研究成果表明石墨烯包裹的介電顆�？梢杂糜谥圃旃鈱W(xué)多態(tài)開(kāi)關(guān)、光學(xué)存儲(chǔ)器以及相關(guān)的光電設(shè)備。3.石墨烯包裹介電柱的等價(jià)介電常數(shù)、磁導(dǎo)率及法諾共振利用全波電磁散射理論,我們建立了石墨烯包裹介電納米線平行排布在介質(zhì)中的復(fù)合結(jié)構(gòu)的有效介質(zhì)理論。在長(zhǎng)波極限下,我們得到了石墨烯包裹介電(GCD)納米線的等價(jià)(EQ)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率,結(jié)合等價(jià)參數(shù),我們得到了復(fù)合結(jié)構(gòu)共振和隱身的條件。通過(guò)分析比較遠(yuǎn)場(chǎng)散射譜,我們發(fā)現(xiàn)相同尺寸的等價(jià)電磁結(jié)構(gòu)可以和原復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的擬合,同時(shí),我們還通過(guò)散射效率的三維圖像,找到了復(fù)合結(jié)構(gòu)出現(xiàn)法諾共振的參數(shù),并通過(guò)調(diào)節(jié)介電柱和石墨烯的參數(shù),得到了體系可調(diào)的法諾共振曲線。
【圖文】：

光學(xué)材料在激光、電子通訊、光電器件及醫(yī)藥器材等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用，表面等離激元能夠極大地增大局域場(chǎng)的強(qiáng)度，使得非線性效應(yīng)顯著增強(qiáng)體系非線性行為的閾值，故而支持非線性等離激元的光學(xué)器件的研究也被石墨烯在太赫茲波段下就表征出金屬性以及較強(qiáng)的非線性效應(yīng)，因此石支持非線性表面等離激元器件的重要材料。本章主要對(duì)非線性等離激元的概況及其應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，結(jié)合石墨烯的光學(xué)特性和非線性效應(yīng)，分析介電的微納體系與電磁波相互作用而產(chǎn)生的特異電磁現(xiàn)象。最后對(duì)本文研內(nèi)容作出簡(jiǎn)單的介紹。非線性等離激元的研究概況 非線性等離激元簡(jiǎn)介

屬-介電界面上的表面等離子激元（摘自 Barnes, W. L., Dereux, A.asmon subwavelength optics, Nature, 2003, 424, 824-830）就是一種有效地增強(qiáng)非線性光學(xué)響應(yīng)的途徑。等離激元效近傳導(dǎo)電子的相干振蕩。對(duì)于延續(xù)的金屬表面，該相干振發(fā)（Surfaceplasmonpolaritons，簡(jiǎn)寫(xiě)為 SPPs），即表面電磁（如圖 1.2）；而對(duì)于金屬納米顆粒，非線性光學(xué)響應(yīng)來(lái)源alizedsurfaceplasmons，，簡(jiǎn)寫(xiě)為 LSPs），它是在入射的電磁面的自由電子產(chǎn)生的集體振蕩行為，如圖 1.3 所示，其共形狀和環(huán)境介質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O437

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本文編號(hào)：2639428