【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響應。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的光散射特性;然后借助表面等離激元共振對石墨烯非線性效應的增強,研究了體系可調的光學雙穩(wěn)和光學多穩(wěn)現(xiàn)象。具體的研究內容分為以下幾方面:1.石墨烯包裹介電納米線的光散射特性和光學雙穩(wěn)基于非線性全波散射理論和非線性準靜態(tài)理論,我們研究了石墨烯包裹介電柱的光學雙穩(wěn)態(tài)。伴隨著電偶極模式的激發(fā),我們在體系的近場和遠場譜線中都觀察到了光學雙穩(wěn)態(tài)。并且,隨著外加強場的引入,非線性全波散射理論證實了體系還存在一個光學雙穩(wěn)態(tài),這證明了人工可調諧磁偶極子的存在性。我們還發(fā)現(xiàn),該體系雙穩(wěn)的轉換閾值可以通過改變介電柱的尺寸、介電常數(shù)或者改變石墨烯的化學勢來實現(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關或者納米存儲器。2.石墨烯包裹介電球顆粒的光散射特性和光學雙穩(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多穩(wěn)態(tài)的自洽平均場方法。對于小顆粒情形,由于電偶極模式的作用,該理論得到結果與準靜態(tài)理論下的結果吻合,我們發(fā)現(xiàn)體系的近場和遠場譜線都呈現(xiàn)除了光學雙穩(wěn)態(tài)。而且,對于小顆粒情形,強場的引入會激發(fā)磁偶極模式,從而帶來體系的另外一個光學雙穩(wěn)態(tài)。另一方面,對于大顆粒情形,我們觀察到了光學三穩(wěn)態(tài)甚至光學多穩(wěn)態(tài),這是由于高階磁模的貢獻。除此之外,我們證實了該體系雙穩(wěn)區(qū)間與轉換閾值會跟隨石墨烯的費米能級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多態(tài)開關、光學存儲器以及相關的光電設備。3.石墨烯包裹介電柱的等價介電常數(shù)、磁導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中的復合結構的有效介質理論。在長波極限下,我們得到了石墨烯包裹介電(GCD)納米線的等價(EQ)介電常數(shù)和磁導率,結合等價參數(shù),我們得到了復合結構共振和隱身的條件。通過分析比較遠場散射譜,我們發(fā)現(xiàn)相同尺寸的等價電磁結構可以和原復合結構進行有效的擬合,同時,我們還通過散射效率的三維圖像,找到了復合結構出現(xiàn)法諾共振的參數(shù),并通過調節(jié)介電柱和石墨烯的參數(shù),得到了體系可調的法諾共振曲線。
【圖文】：

光學材料在激光、電子通訊、光電器件及醫(yī)藥器材等領域有著良好的應用，表面等離激元能夠極大地增大局域場的強度，使得非線性效應顯著增強體系非線性行為的閾值，故而支持非線性等離激元的光學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的非線性效應，因此石支持非線性表面等離激元器件的重要材料。本章主要對非線性等離激元的概況及其應用進行簡單闡述，結合石墨烯的光學特性和非線性效應，分析介電的微納體系與電磁波相互作用而產生的特異電磁現(xiàn)象。最后對本文研內容作出簡單的介紹。非線性等離激元的研究概況 非線性等離激元簡介

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非線性光學響應的途徑。等離激元效近傳導電子的相干振蕩。對于延續(xù)的金屬表面，該相干振發(fā)（Surfaceplasmonpolaritons，簡寫為 SPPs），即表面電磁（如圖 1.2）；而對于金屬納米顆粒，非線性光學響應來源alizedsurfaceplasmons，，簡寫為 LSPs），它是在入射的電磁面的自由電子產生的集體振蕩行為，如圖 1.3 所示，其共形狀和環(huán)境介質。
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O437

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