基于石墨烯/金属复合结构调控光吸收的研究

发布时间：2023-04-22 00:08

　　石墨烯作为一种单碳原子二维材料,具有独特的零带隙能带结构,表现出了优异的光学、电学等特性,这些特性使得石墨烯在光电领域具有广泛的应用前景。然而,石墨烯在近红外和可见光波段与电磁波的相互作用较弱,吸收率只有2.3%左右,这限制了石墨烯在光电探测、光调制等领域的应用。这种限制主要体现在两个方面:一是该波段内石墨烯对电磁波能量的吸收率不足,这限制了将石墨烯作为反应层用于光探测器、光伏器件等的应用;二是石墨烯对电磁波吸收率调控效果的不足,这限制了将石墨烯作为可调材料用于光调制器的应用。本论文基于纳米超材料结构的磁激元共振(Magnetic Polaritons,MPs)效应,设计了一种金属-介质-金属-石墨烯(Metal-dielectric-metal-Graphene,MDMG)结构的石墨烯吸收增强模型。该结构可以在石墨烯周围产生局域的场增强,结果表明石墨烯在近红外波段特定波长可以实现55%的吸收率,这是悬空状态下石墨烯吸收率的24倍。这种石墨烯增强吸收的效果具有入射角度的不依赖性,并且石墨烯的吸收谱可以通过改变结构的几何参数实现调节。通过优化石墨烯层位置和增加石墨烯层数,可以进一步提高石...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 石墨烯增强吸收效应的研究进展
    1.3 石墨烯调制吸收效应的研究进展
    1.4 本论文的研究内容及意义
第二章 石墨烯与磁激元共振的基本理论
    2.1 石墨烯的基本理论
        2.1.1 石墨烯的基本结构与性质
        2.1.2 Hanson和Falkovsky的电导率模型
    2.2 超材料吸收体原理
        2.2.1 电磁超材料
        2.2.2 磁激元共振理论
        2.2.3 等效介质理论
        2.2.4 等效RC电路模型
    2.3 本章小结
第三章 石墨烯-金属纳米带结构吸收体
    3.1 引言
    3.2 MDMG结构石墨烯吸收增强模型
        3.2.1 结构与物理模型
        3.2.2 极化特性和物理机制
        3.2.3 几何参数调控
        3.2.4 入射角度影响
    3.3 MDGM结构和MDGMG结构吸收增强模型
    3.4 MDMG宽带吸收模型
    3.5 本章小结
第四章 混合二维浅光栅结构光调控模型
    4.1 引言
    4.2 结构与物理模型
    4.3 混合二维浅光栅结构吸收特性
        4.3.1 角度特性和物理机制
        4.3.2 几何参数的调控
    4.4 混合二维浅光栅结构光调制特性
        4.4.1 石墨烯化学势动态可调
        4.4.2 光调制的实现
        4.4.3 入射角度影响
    4.5 COMSOL仿真中石墨烯模型定义的讨论
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 论文总结
    5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3796521