表面等離激元是由入射光在金屬表面激發(fā)自由電子集體震蕩形成的局域電磁模式,具有電磁場(chǎng)局域增強(qiáng)、空間尺度超衍射極限、共振峰對(duì)環(huán)境介質(zhì)敏感等特點(diǎn)。但傳統(tǒng)的金屬表面等離激元結(jié)構(gòu)存在較高的歐姆損耗。近年來(lái),隨著石墨烯、黑磷等二維材料的出現(xiàn),基于二維材料的表面等離激元結(jié)構(gòu)逐漸成為納米光子學(xué)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。二維材料復(fù)合結(jié)構(gòu)中,表面等離激元的模式耦合會(huì)產(chǎn)生許多新奇的物理現(xiàn)象,如:電磁誘導(dǎo)透明,Fano共振,拉比劈裂等,其在納米光電探測(cè)、傳感、濾波及非線性光學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。本文利用時(shí)域有限差分方法和有限元方法,結(jié)合時(shí)域耦合模理論,基于石墨烯和黑磷兩種二維材料,系統(tǒng)研究了二維光柵/薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)吸收響應(yīng),重點(diǎn)分析了該結(jié)構(gòu)中表面等離激元的模式耦合特性。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）綜述了石墨烯材料和黑磷材料的材料特性,給出了紅外波段石墨烯和黑磷的電導(dǎo)率和介電常數(shù)對(duì)電磁波頻率的依賴關(guān)系。（2）設(shè)計(jì)了石墨烯納米條帶陣列/石墨烯薄膜的耦合結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)研究了該結(jié)構(gòu)中表面等離激元模式與局域表面等離激元模式的共振頻率、吸收強(qiáng)度以及模式耦合強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的依賴關(guān)系;研究了金屬襯底對(duì)吸收強(qiáng)度的影響,發(fā)現(xiàn)通過(guò)使... 

【文章來(lái)源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

單層石墨烯的電導(dǎo)率(a)實(shí)部與(b)虛部，等效介電常數(shù)(c)實(shí)部與(d)虛部對(duì)波長(zhǎng)λ與費(fèi)米能級(jí)Ef的依賴關(guān)系

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 4a / eVm， = 2 eV，20/ 0.4c =m，20/1.4cv = m[19]，其中a 是黑磷度，π / a 是布里淵區(qū)的寬度，m0是電子靜止質(zhì)量。使用二維電導(dǎo)率的薄層的等效介電常數(shù)可以表示為[30]：0jjjj rid = + ， d 是二維黑磷的厚度，ε0是真空介電常數(shù)。對(duì)于單層黑磷，有 εr= 5.76[3圖 1.2 中給出了 armchair 方向單層黑磷的電導(dǎo)率和等效介電常數(shù)隨著波電子密度的變化關(guān)系。

第一章 緒論基于金屬結(jié)構(gòu)的超材料器件，在實(shí)際應(yīng)用中存在著一些明顯的缺陷，例如調(diào)控、歐姆損耗高等，相比之下可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的石墨烯光吸收器件就具有較，譬如可以通過(guò)外加電壓來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)石墨烯的電導(dǎo)率，從而控制結(jié)構(gòu)的光應(yīng)等。常見(jiàn)的石墨烯光吸收器件設(shè)計(jì)有基于石墨烯超材料的器件[33, 37, 38模共振的器件[57-59]、基于金屬光柵磁共振的器件[60, 61]等。如圖 1.3 中的“H”型石墨烯陣列超材料，利用該超材料可以實(shí)現(xiàn)中紅外道超高吸收。當(dāng)石墨烯的化學(xué)勢(shì)c = 0.5 eV 時(shí)，可以在波長(zhǎng)為 6.3 m和處分別得到吸收率高達(dá) 99.65%和 99.80%的兩個(gè)吸收峰，半峰全寬可以分0 nm 和 188 nm。通過(guò)控制電介質(zhì)的折射率和石墨烯的費(fèi)米能級(jí)，可以動(dòng)收峰的光譜位置，也可以通過(guò)使用多層石墨烯陣列來(lái)獲得多光譜吸收峰

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Graphene-supported manipulation of surface plasmon polaritons in metallic nanowaveguides[J]. HUA LU,XUETAO GAN,DONG MAO,JIANLIN ZHAO.  Photonics Research. 2017(03)



本文編號(hào)：3500971