石墨烯是一種單層碳原子緊密堆積而成的二維結(jié)構(gòu),有著諸多獨(dú)特的光學(xué)特性,包括:可調(diào)的表面電導(dǎo)率,在中紅外波段有超強(qiáng)的模式束縛性與電磁波耦合能力。石墨烯可以作為表面等離子激元的傳輸載體,常常被用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料如:金、銀、銅等。涂覆石墨烯的表面等離子（GSP）波導(dǎo)比基于金屬的波導(dǎo)有更多的優(yōu)越性,包括:頻帶可調(diào)范圍寬（紅外到太赫茲波段）,超強(qiáng)的模式約束力,歐姆損耗低。利用這些特性,大量基于石墨烯的表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被相繼提出�，F(xiàn)有研究中基于石墨烯的圓形納米線結(jié)構(gòu)解決了邊緣損耗的問(wèn)題,但依然存在傳播損耗較大的缺點(diǎn),導(dǎo)致波導(dǎo)的傳播長(zhǎng)度較短。涂覆石墨烯的橢圓形介質(zhì)納米線波導(dǎo)可以有效增大工作波長(zhǎng)與石墨烯費(fèi)米能的可調(diào)范圍,增強(qiáng)波導(dǎo)的束縛性,減少傳播損耗,有效增大傳播長(zhǎng)度。本文具體工作如下:（1）設(shè)計(jì)了一種涂覆單層石墨烯的橢圓形電介質(zhì)納米線光波導(dǎo)。采用分離變量法和有限元法,借助Mathieu函數(shù)研究了工作波長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及石墨烯的費(fèi)米能對(duì)前5個(gè)模式的有效折射率實(shí)部、傳播長(zhǎng)度與品質(zhì)因數(shù)等模式特性的影響。比較了在不同工作波長(zhǎng)與石墨烯的費(fèi)米能下,圓形電介質(zhì)納米線和橢圓形電介質(zhì)納米線的有效折射率實(shí)部和傳播長(zhǎng)度... 

【文章來(lái)源】：山西大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于石墨烯的三槽波導(dǎo)橫截面示意圖[42]

涂覆石墨烯的橢圓形介質(zhì)納米線的模式分析42016年RuiXing和ShuishengJian等人設(shè)計(jì)了一種具有場(chǎng)增強(qiáng)功能的涂覆石墨烯的三槽波導(dǎo)[42]。圖1.1所示，為該波導(dǎo)橫截面示意圖，由三個(gè)凹槽組成，在其內(nèi)部側(cè)表面涂覆石墨烯。電場(chǎng)可被緊密約束在溝槽中，中間溝槽的場(chǎng)增強(qiáng)可達(dá)2000倍。討論了用貴金屬金替換石墨烯時(shí)場(chǎng)增強(qiáng)的效果，較高工作頻率下涂覆石墨烯的比涂覆金的場(chǎng)增強(qiáng)更高。此外，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)還具有幾何形狀簡(jiǎn)單，制作難度低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，也存在一定的缺陷，這種矩形結(jié)構(gòu)與凹槽的存在，會(huì)有固有的邊緣損產(chǎn)生，使傳播長(zhǎng)度減校圖1.2新型混合石墨烯槽波導(dǎo)(HGDSW)橫截面示意圖[54]2019年，XueqingHe等人設(shè)計(jì)了如圖1.2所示的新型石墨烯混合槽波導(dǎo)[54]，研究了基礎(chǔ)混合模式（TM極化）的模式特性，包括有效折射率、歸一化模式面積、傳播長(zhǎng)度。結(jié)果表明，所提出的HGDSW中的混合模式可以通過(guò)該波導(dǎo)的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和石墨烯的化學(xué)勢(shì)來(lái)調(diào)節(jié)。此外，HGDSW還能支持太赫茲波長(zhǎng)下的低損耗和有效的深度亞波長(zhǎng)光傳輸，同時(shí)達(dá)到了整體高性能。此外，還可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平行的HGDSWs之間的超低串?dāng)_。HGDSW在光場(chǎng)的超緊密集成中有潛在能力。1.3.2涂覆石墨烯的納米線波導(dǎo)圖1.3GN的橫截面示意圖[45,55]

涂覆石墨烯的橢圓形介質(zhì)納米線的模式分析42016年RuiXing和ShuishengJian等人設(shè)計(jì)了一種具有場(chǎng)增強(qiáng)功能的涂覆石墨烯的三槽波導(dǎo)[42]。圖1.1所示，為該波導(dǎo)橫截面示意圖，由三個(gè)凹槽組成，在其內(nèi)部側(cè)表面涂覆石墨烯。電場(chǎng)可被緊密約束在溝槽中，中間溝槽的場(chǎng)增強(qiáng)可達(dá)2000倍。討論了用貴金屬金替換石墨烯時(shí)場(chǎng)增強(qiáng)的效果，較高工作頻率下涂覆石墨烯的比涂覆金的場(chǎng)增強(qiáng)更高。此外，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)還具有幾何形狀簡(jiǎn)單，制作難度低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，也存在一定的缺陷，這種矩形結(jié)構(gòu)與凹槽的存在，會(huì)有固有的邊緣損產(chǎn)生，使傳播長(zhǎng)度減校圖1.2新型混合石墨烯槽波導(dǎo)(HGDSW)橫截面示意圖[54]2019年，XueqingHe等人設(shè)計(jì)了如圖1.2所示的新型石墨烯混合槽波導(dǎo)[54]，研究了基礎(chǔ)混合模式（TM極化）的模式特性，包括有效折射率、歸一化模式面積、傳播長(zhǎng)度。結(jié)果表明，所提出的HGDSW中的混合模式可以通過(guò)該波導(dǎo)的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和石墨烯的化學(xué)勢(shì)來(lái)調(diào)節(jié)。此外，HGDSW還能支持太赫茲波長(zhǎng)下的低損耗和有效的深度亞波長(zhǎng)光傳輸，同時(shí)達(dá)到了整體高性能。此外，還可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平行的HGDSWs之間的超低串?dāng)_。HGDSW在光場(chǎng)的超緊密集成中有潛在能力。1.3.2涂覆石墨烯的納米線波導(dǎo)圖1.3GN的橫截面示意圖[45,55]


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