本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯的光子學(xué)器件的研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 特異介質(zhì) 吸波器件 太赫茲 雙曲性 磁光 偏振 慢波

【摘要】：石墨烯具有相當(dāng)奇特的各種性質(zhì),而基于石墨烯的微納光子學(xué)的研究正引起人們廣泛的關(guān)注,相關(guān)的研究進(jìn)展涉及了許多的應(yīng)用,包括基于石墨烯的光學(xué)調(diào)制器、變換光學(xué)、場效應(yīng)管以及其他器件。石墨烯除了作為世界上最薄的材料之外,更有物理柔性、極高的電子遷移率以及通過外加電壓或者化學(xué)參雜的方法控制其載流子濃度的特性。在本論文中,我們研究了基于石墨烯的一些光子學(xué)器件,其中包括太赫茲的寬帶吸波器、圓偏振的分光器以及磁光克爾效應(yīng)增強(qiáng)器件等三方面的研究。首先,我們提出了一種在金屬基底上基于石墨烯/介質(zhì)層堆棧而成的類金字塔結(jié)構(gòu)的陣列太赫茲吸波材料。這里多層的石墨烯/介質(zhì)層的堆棧結(jié)構(gòu)在太赫茲波長下不僅可以是認(rèn)為在各方向上是均勻的,而且材料本身更具有雙曲特性,因此其等效介電常數(shù)是各向異性的。石墨烯的表面等離子被激發(fā),同時入射電磁波的不同波長分量會被局域在類金字塔結(jié)構(gòu)的不同寬度處,進(jìn)而被損耗介質(zhì)吸收,而這種寬帶吸波的效果可以被漸變寬度波導(dǎo)的慢波效應(yīng)所解釋。最后,我們指出了由于周期性模式的存在而造成的吸收譜在某一頻率的下降。因此可以通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,來抑制周期模式的激發(fā),從而實現(xiàn)超寬帶的吸波效果。第二,我們同樣設(shè)計了一種石墨烯/介質(zhì)層堆棧結(jié)構(gòu)的材料,可以同時利用整體材料的零介電常數(shù)以及石墨烯較高的霍爾電導(dǎo)率的特點(diǎn)。這種亞波長周期結(jié)構(gòu)的器件能夠?qū)Σ煌膱A偏振光進(jìn)行有效的控制。在較寬的頻率以及較大的入射角范圍內(nèi),這種基于磁光效應(yīng)的器件能表現(xiàn)出對不同圓偏振光的選擇性透過。而這種效果可以進(jìn)一步通過改變外加磁場強(qiáng)度以及石墨烯的化學(xué)勢進(jìn)行調(diào)控。第三,我們研究了利用石墨烯帶的表面等離子體以及法布里-帕羅干涉來增強(qiáng)器件的磁光克爾旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)。當(dāng)6 THz的電磁波入射到外加4T磁場強(qiáng)度的覆蓋有單層的石墨烯帶的器件上時,產(chǎn)生的磁光克爾旋轉(zhuǎn)角可以達(dá)到15度。而這種磁光克爾效應(yīng)的增強(qiáng)可以在很大的入射角度范圍內(nèi)實現(xiàn)。最后,總結(jié)了全文,同時對未來基于石墨烯的光子學(xué)器件的研究提出了展望。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 特異介質(zhì) 吸波器件 太赫茲 雙曲性 磁光 偏振 慢波
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN25
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-30
• 1.1 石墨烯研究的歷史和基礎(chǔ)11-18
• 1.1.1 從爭議的理論模型到諾貝爾物理學(xué)獎11-13
• 1.1.2 石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)13-15
• 1.1.3 石墨烯的一些基本物理性質(zhì)15-18
• 1.2 石墨烯的實驗制備和探測18-23
• 1.2.1 石墨烯的制備方法18-21
• 1.2.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)表征技術(shù)21-23
• 1.3 石墨烯在光子學(xué)器件中的應(yīng)用23-28
• 1.3.1 光電探測器23-25
• 1.3.2 光調(diào)制器25-26
• 1.3.3 光偏振控制器26-28
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)28-30
• 第2章 基于石墨烯的光學(xué)可調(diào)材料30-46
• 2.1 石墨烯的光學(xué)電導(dǎo)率30-34
• 2.2 石墨烯表面等離子體的理論模型34-41
• 2.2.1 傳統(tǒng)IMI波導(dǎo)的表面等離子體色散特性34-38
• 2.2.2 石墨烯表面等離子體的色散特性38-41
• 2.3 基于石墨烯可調(diào)的雙曲超材料41-44
• 2.4 本章小結(jié)44-46
• 第3章 基于石墨烯的寬帶吸波46-66
• 3.1 寬帶吸波器件的設(shè)計47-53
• 3.1.1 結(jié)構(gòu)模型與材料參數(shù)47-50
• 3.1.2 寬帶吸波的效果50-52
• 3.1.3 等效介質(zhì)模型52-53
• 3.2 寬帶吸波的慢波理論53-59
• 3.2.1 模擬結(jié)果的場分布53-55
• 3.2.2 慢波模式的理論分析55-59
• 3.3 介質(zhì)層厚度對吸收的影響59-61
• 3.4 吸波模型的改進(jìn)61-65
• 3.4.1 存在的周期模式61-64
• 3.4.2 消除周期模式的影響64
• 3.4.3 模型在波段上的可擴(kuò)展性64-65
• 3.5 本章小結(jié)65-66
• 第4章 基于石墨烯的圓偏振分光器件66-87
• 4.1 介電常數(shù)接近零的磁性超材料67-71
• 4.1.1 物理模型67-69
• 4.1.2 基于石墨烯ENZ材料的參數(shù)研究69-71
• 4.2 器件對不同圓偏振的調(diào)控71-78
• 4.2.1 理論基礎(chǔ)71-75
• 4.2.2 垂直入射的情況分析75-76
• 4.2.3 器件對不同圓偏振光的選擇性透過76-78
• 4.3 設(shè)計的圓偏振分光器件的性能研究78-85
• 4.3.1 不同磁場強(qiáng)度下的分光效果78-81
• 4.3.2 工作帶寬81-82
• 4.3.3 石墨烯化學(xué)勢的影響82-83
• 4.3.4 斜入射的情況83-85
• 4.4 本章小結(jié)85-87
• 第5章 基于石墨烯帶等離子體以及F-P腔的磁光克爾效應(yīng)增強(qiáng)87-108
• 5.1 理論基礎(chǔ)87-100
• 5.2 器件模型及分析100-103
• 5.3 基于F-P增強(qiáng)的磁致旋光103-106
• 5.4 本章小結(jié)106-108
• 第6章 總結(jié)和展望108-111
• 參考文獻(xiàn)111-123
• 作者簡歷123

【相似文獻(xiàn)】

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