hBN/AlN超材料的透反射光学性质研究
发布时间：2022-01-20 17:27
六方氮化硼（Hexagonal boron nitride）是一种天然双曲材料,相较于金属或人工合成的双曲超材料,拥有更良好的光学响应和更低的光损耗。离子晶体可以在太赫兹到中红外区间与入射电磁波发生耦合,产生声子极化子,进而拥有特殊的光学性质。本论文设计了由hBN与离子晶体AlN周期性排列形成hBN/AlN超材料结构,利用经典电磁理论研究了其光学透反射性质及古斯汉欣位移,获得以下主要结论:1.hBN/AlN超材料拥有四个剩余频率带,其中两个主要来源于hBN薄膜,而另外两个主要源于离子晶体AlN的影响。随着主光轴与薄膜表面夹角?的增加,第Ⅰ类型剩余频率带中的反射峰、透射谷和吸收峰对应的频率位置发生红移,而在第Ⅱ类型剩余频率带中则发生蓝移。研究发现,在hBN/AlN超材料中,hBN的填充率对透反射性质具有较强的影响。随着hBN填充率的增加,第一剩余频率带内的反射峰与透射谷宽度在减小,反射率峰值降低;其余三个剩余频率带内透反射性质恰好与其相反,并且仅在由hBN引起的剩余频率带中,透反射率的波峰和波谷会跟随填充率变化而发生频率位置的移动。在hBN薄膜和hBN/Al N超材料的剩余频率带中透反射...
【文章来源】：哈尔滨师范大学黑龙江省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单轴各向异性晶体的结构示意图和坐标系Fig.1-3Coordinatesystemandschematicstructureofuniaxialanisotropiccrystal
哈尔滨师范大学硕士学位论文6图1-4离子晶体介电函数随频率变化，阴影部分代表剩余频率带。Fig.1-4Therelativepermittivityversusfrequencyfortheioniccrystal,thereststrahlenfrequencybandisindicatedbytheshadowregion.电磁波照射到离子晶体表面时，将在晶体内部激发横向的电磁场，进而将会影响离子晶体内部光学支横波震动，与光学声子发生耦合产生声子极化子[26,30-31]。当入射电磁波频率与横向光学支声子频率相近的时候，耦合很强，形成极化激元[27]，这决定了离子晶体的独特光学特性。绝大多数的离子晶体都属于绝缘体或半导体，它们引起光损耗的原因主要是声子散射，所以相较于金属和一些人工合成的双曲超材料而言，离子晶体的光损耗也很小[26-30]。而且天然的离子晶体材料种类繁多，其剩余频率带位置可以分布在太赫兹到中红外区域上[27,31]，所以对离子晶体的研究有很大的实际意义。本文中将会把离子晶体与天然双曲材料六方氮化硼周期性的结合起来，结合后的超材料晶体的介电张量可以通过等效介质的方法计算出来。等效介质方法适用于特征尺寸与工作波长相当或更小的周期性结构材料。通过等效介质方法可得到周期性结构材料的等效介电张量或磁导率张量的表达式。本课题研究的是非磁性材料，所以下面简单介绍一下等效介电函数张量的推导方法。
第一章绪论7图1-5由两种层状介质组成的周期性超材料结构示意图Fig.1-5Thestructurediagramoftheperiodicmetamaterialstructurecomposedoftwokindsoflayeredmedia如图1-5所示，在选取介电函数分别为1和2的两种材料组合成一个一维半无限大的复合晶体，设置两种材料的厚度分别为1d和2d。设复合材料的等效电场强度为E-，等效电位移矢量为Dè-，在两种材料内部，电场强度分别为1Eè”-和2E，电位移矢量为1Dh和2DH。由介质表面边界条件可知，等效后的介质内部电场强度的平行分量和各个介质层内部的电场强度的平行分量相等，而垂直方向分量不连续。取两个电介质层电场的平均量为等效垂直分量，即x1x2xE=E=E(110a)z1z2zE=E=E(110b)y11y22yE=fE+fE(110c)其中1f和2f为两种介质的填充率，表达式为1112f=d/(d+d)和2212f=d/(d+d)。因为电位移在垂直界面分量是连续的，而平行于界面分量是不连续的，所以取两个电介质层电位移的平均量为等效平行分量，即
【参考文献】：
期刊论文
[1]非常偏振光在单轴晶体表面的反射-透射研究[J]. 宋哲,刘立人,周煜,刘德安. 光学学报. 2004(12)
本文编号：3599232
【文章来源】：哈尔滨师范大学黑龙江省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单轴各向异性晶体的结构示意图和坐标系Fig.1-3Coordinatesystemandschematicstructureofuniaxialanisotropiccrystal
哈尔滨师范大学硕士学位论文6图1-4离子晶体介电函数随频率变化，阴影部分代表剩余频率带。Fig.1-4Therelativepermittivityversusfrequencyfortheioniccrystal,thereststrahlenfrequencybandisindicatedbytheshadowregion.电磁波照射到离子晶体表面时，将在晶体内部激发横向的电磁场，进而将会影响离子晶体内部光学支横波震动，与光学声子发生耦合产生声子极化子[26,30-31]。当入射电磁波频率与横向光学支声子频率相近的时候，耦合很强，形成极化激元[27]，这决定了离子晶体的独特光学特性。绝大多数的离子晶体都属于绝缘体或半导体，它们引起光损耗的原因主要是声子散射，所以相较于金属和一些人工合成的双曲超材料而言，离子晶体的光损耗也很小[26-30]。而且天然的离子晶体材料种类繁多，其剩余频率带位置可以分布在太赫兹到中红外区域上[27,31]，所以对离子晶体的研究有很大的实际意义。本文中将会把离子晶体与天然双曲材料六方氮化硼周期性的结合起来，结合后的超材料晶体的介电张量可以通过等效介质的方法计算出来。等效介质方法适用于特征尺寸与工作波长相当或更小的周期性结构材料。通过等效介质方法可得到周期性结构材料的等效介电张量或磁导率张量的表达式。本课题研究的是非磁性材料，所以下面简单介绍一下等效介电函数张量的推导方法。
第一章绪论7图1-5由两种层状介质组成的周期性超材料结构示意图Fig.1-5Thestructurediagramoftheperiodicmetamaterialstructurecomposedoftwokindsoflayeredmedia如图1-5所示，在选取介电函数分别为1和2的两种材料组合成一个一维半无限大的复合晶体，设置两种材料的厚度分别为1d和2d。设复合材料的等效电场强度为E-，等效电位移矢量为Dè-，在两种材料内部，电场强度分别为1Eè”-和2E，电位移矢量为1Dh和2DH。由介质表面边界条件可知，等效后的介质内部电场强度的平行分量和各个介质层内部的电场强度的平行分量相等，而垂直方向分量不连续。取两个电介质层电场的平均量为等效垂直分量，即x1x2xE=E=E(110a)z1z2zE=E=E(110b)y11y22yE=fE+fE(110c)其中1f和2f为两种介质的填充率，表达式为1112f=d/(d+d)和2212f=d/(d+d)。因为电位移在垂直界面分量是连续的，而平行于界面分量是不连续的，所以取两个电介质层电位移的平均量为等效平行分量，即
【参考文献】：
期刊论文
[1]非常偏振光在单轴晶体表面的反射-透射研究[J]. 宋哲,刘立人,周煜,刘德安. 光学学报. 2004(12)
本文编号：3599232
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