隨著光電子技術不斷朝著微型化、集成化發(fā)展,傳統(tǒng)光學中的衍射極限問題成了制約該領域技術發(fā)展的瓶頸。表面等離激元（SPP）通常為在金屬或半導體表面自由電子被激發(fā)后的集體振蕩波,具有超衍射和局部電磁能量密度增強的特性,有望被廣泛應用于超分辨成像、紅外探測、生物傳感等眾多領域。然而,單一的金屬結(jié)構器件的表面等離激元調(diào)制性能相對受限。以石墨烯為代表的二維材料具有很好的光學、電學可調(diào)制性能,基于石墨烯的金屬微納光學天線可在亞波長尺度上對表面等離激元進行更多參量的調(diào)控,通過合理地設計復合天線結(jié)構可獲得全新的近場、遠場光學物理特性。本論文結(jié)合石墨烯材料本身優(yōu)異的光電調(diào)控特性,構建金屬-石墨烯復合結(jié)構等離子體光學天線,研究其SPP在不同的干涉態(tài)下電磁能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化機制,進而研究相應SPP干涉態(tài)下電磁能量轉(zhuǎn)換及對石墨烯材料的能帶結(jié)構的影響,最終得到復合結(jié)構光學天線的光電導調(diào)控規(guī)律。本論文主要研究內(nèi)容包括以下幾個部分:1.首先通過公式推導闡述金屬-電介質(zhì)表面產(chǎn)生SPP的機理,分別從激發(fā)光的兩種偏振態(tài)（TM偏振和TE偏振）進行研究,利用Maxwell方程組、Helmholtz方程和電磁場的邊界條件等公式推導出不... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２紅外納米成像實驗及結(jié)果ａ近場激發(fā)石墨烯表面等離激元示意圖；ｂ實??

Ｚ．Ｆｒｎ課題組隨即在實驗中通過用近場光學顯微鏡觀察到石墨烯表面??上存在ＳＰＰ波，這是第一次在實驗上能夠觀測到石墨烯表面等離激元，同時也驗??證了其建模研究的正確性［８］。如圖１－２所示，作者使用等離子體干涉測量法進行探??測，由于石墨烯片不是一個無限大平面，當近場顯微鏡的探針激發(fā)出ＳＰＰ，當ＳＰＰ??傳播到石墨烯邊緣處將會發(fā)生反射，而反射回來的ＳＰＰ與探針激發(fā)出的ＳＰＰ發(fā)生??干涉從而形成明暗交替的干涉條紋。除此之外，通過改變施加電壓的方式調(diào)節(jié)表??面等離激元的振動幅度以及相位。??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??圖１－２紅外納米成像實驗及結(jié)果（ａ）近場激發(fā)石墨烯表面等離激元示意圖；（ｂ）實??驗測量出的近場電場振幅成像；（ｃ）不同柵壓下激發(fā)出不同的表面等離激元波??長??１．２．２基于石墨烯的納米天線研究進展??上一小節(jié)介紹了表面等離激元的由來，也提出了一種代替金屬產(chǎn)生表面等離??激元的新興材料－石墨烯，并且有學者從實驗上進行了驗證。那么這一小節(jié)將介紹??石墨烯納米天線以及金屬－石墨烯復合結(jié)構產(chǎn)生新穎效應的研究進展。??３??

?２０１１年，ＪｕＭ等人在硅和二氧化硅襯底上制備了周期性的石墨烯條狀結(jié)構，并??在周期性結(jié)構兩側(cè)刻蝕了兩個金電極，其結(jié)構如圖１－３所示。作者通過在兩個電極??間施加電壓，從而調(diào)控該石墨烯等離子體的共振頻率，除此之外他們也通過調(diào)整??相鄰石墨烯條帶之間的間距同樣達到調(diào)控的效果，實現(xiàn)了在寬頻譜對表面等離激??元的動態(tài)調(diào)節(jié)。??圖１－３?ｇｒａｐｈｅｎｅ條帶陣列示意圖［９】??２０１４年，ＡｌｏｎｓｏＭＩ等人在石墨烯薄膜上放置金屬天線，通過調(diào)控天線的結(jié)構??調(diào)控光場。如圖１－４所示，凸出來的天線實現(xiàn)對等離子體激元的發(fā)散，凹進來的天??線實現(xiàn)對等離子體激元的聚焦。??１?＿??圖１－４凸天線和凹天線的示意圖＿??２０１６年，Ｍａｒｉｅｓ１］等人在金屬天線附近構造石墨烯波導，通過天線和波導的設??計以增強和引導石墨烯中ＳＰＰ傳播，如圖１－５所示。一方面，他們通過優(yōu)化天線??使得天線的方向性與表面等離子耦合；另一方面，他們還可以通過優(yōu)化石墨烯波??導的結(jié)構或是石墨烯參數(shù)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]低維納米材料的近場光學表征[J]. 胡德波,戴慶.  科學通報. 2018(35)
[2]表面等離子體亞波長光學的研究[J]. 孫梅.  北京工商大學學報(自然科學版). 2009(01)

博士論文
[1]基于表面等離子體的V形天線的設計與研究[D]. 焦蛟.電子科技大學 2017



本文編號：3102017