涂覆石墨烯的并行电介质纳米线的模式特性研究

发布时间：2022-01-14 09:35

　　石墨烯作为一种新型材料有很多独特的性质,体现在机械、热学、电学和光学等多个方面,从而使石墨烯在微纳光子学器件、表面等离子体、变换光学、能源、医学、化学、生物传感和信息等众多领域得到广泛应用。在特定的条件下,石墨烯的光学性质类似于贵金属,可以支持表面等离子激元的传播。与传统贵金属支持的表面等离子激元比较发现,石墨烯支持的表面等离子激元不仅具有超强的亚波长约束、较低的欧姆损耗、很高的柔韧度等特点,而且能够通过施加偏置电压或者化学掺杂等手段来灵活地调节石墨烯的电磁特性。此外,在THz到中红外波段石墨烯支持的表面等离子激元有广阔的应用前景。利用石墨烯表面等离子激元的独特性质可以构建各种各样的基于表面等离子激元的光波导,并在此基础上构建多种多样的微纳光子学器件,最终实现集成的光电芯片。在本文中,首先简述了研究基于石墨烯材料的光波导的背景和意义、石墨烯的一些基本性质、几类典型的基于石墨烯材料的光波导的研究现状以及多极方法的基本思想。然后采用多极方法和有限元法,对两类涂覆石墨烯的并行电介质纳米线光波导的模式特性进行了详细的分析和研究。具体工作有:（1）采用多极方法对涂覆石墨烯的对称并行电介质纳米线波... 

【文章来源】：山西大学山西省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

当费米能分别为0.4eV、0.5eV和0.6eV时，石墨烯电导率的(a)实部和(b)虚部与工

涂覆石墨烯的并行电介质纳米线的模式特性研究2D 石墨烯片中的波导模式。为了减小传播损耗，作者提出了第二种波导结构，如图 1.2(b)所示的包含 SiO2缓冲层的介质 Si 负载的石墨烯纳米带波导。Si 和 SiO2介电常数的差值很大，这就使得很强的电场从有损耗的石墨烯转移到了无损耗的 SiO2缓冲层，极大地减小了传播损耗，获得了更高的品质因数，这样的光波导更适合于平面集成。此外，进一步研究了第三种波导结构，即由两个纳米尺寸的石墨烯带组成的侧边-侧边结构和上边-下边结构的光波导，见图 1.2(c)和(d)。研究发现，当两石墨烯纳米带的间距较大时，由于模式混合作用，这两种波导中都有对称模式和反对称模式。当间距较小时，在横向上出现了更多的振荡模式。这个特性在超小型多模干涉仪器件的设计中具有潜在的应用价值。利用独立的石墨烯纳米带能够支持极大波数的波导模式这一特点，作者提出了第四种波导结构：基于独立石墨烯带的环形纳米腔光波导，如图 1.2(e)，这种波导在远红外范围内支持腔谐振模式。这些光波导的研究有助于超大规模光电集成的发展。

第一章 绪论研究发现：(1)由于有效折射率不匹配于在高折射率对比界面的法向电位移显的电场增强现象。(3)因高折射率脊缝隙的厚度进行调整。(4)模拟结果和的情况下，这种波导结构可以实现制的不同，这个结构的基模集中在低集中在高损耗石墨烯边缘的基模相比。

【参考文献】：
期刊论文
[1]涂覆石墨烯的非对称并行电介质纳米线波导的模式特性分析[J]. 彭艳玲,薛文瑞,卫壮志,李昌勇.  物理学报. 2018(03)
[2]涂覆石墨烯的并行电介质纳米线中的模式分析[J]. 彭艳玲,薛文瑞,卫壮志,李昌勇.  光学学报. 2018(02)
[3]石墨烯-硅基混合光子集成电路[J]. 肖廷辉,于洋,李志远.  物理学报. 2017(21)
[4]基于溶液加工氧化石墨烯的高性能有机太阳能电池[J]. 田正浩,司长峰,屈文山,郭坤平,潘赛虎,高志翔,徐韬,魏斌.  光学学报. 2017(04)
[5]基于石墨烯的太赫兹方向图可重构天线[J]. 耿莉,谢亚楠,原媛.  激光与光电子学进展. 2017(03)
[6]基于石墨烯的太赫兹器件研究进展[J]. 冯伟,张戎,曹俊诚.  物理学报. 2015(22)



本文编号：3588271